JP6911645B2 - Physical quantity sensor, manufacturing method of physical quantity sensor, composite sensor, inertial measurement unit, portable electronic device, electronic device and mobile body - Google Patents

Physical quantity sensor, manufacturing method of physical quantity sensor, composite sensor, inertial measurement unit, portable electronic device, electronic device and mobile body Download PDF

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Description

本発明は、物理量センサー、物理量センサーの製造方法、複合センサー、慣性計測ユニット、携帯型電子機器、電子機器及び移動体に関する。 The present invention relates to a physical quantity sensor, a method for manufacturing a physical quantity sensor, a composite sensor, an inertial measurement unit, a portable electronic device, an electronic device, and a mobile body.

従来、物理量としての加速度を検出する方法として、ロッカーレバー原理に従って構成され、垂直方向に加わる加速度に伴って変化する静電容量から加速度を検出する物理量センサーが知られていた。例えば、特許文献1には、可動電極部を備えた可動体と、可動体を支持する梁部と、基板に可動電極部と対向配置される固定電極とで構成された物理量センサーが開示されている。物理量センサーは、物理量センサーを備えた装置の落下衝撃などにより過大な加速度が加わった際に、可動体が大きくシーソー揺動(変位)し、可動体が基板と衝突して破損することを防ぐ必要がある。特許文献1に記載の物理量センサーには、可動体の変位を制限するための突起が基板(支持基板)上に設けられていた。 Conventionally, as a method of detecting acceleration as a physical quantity, a physical quantity sensor that is configured according to the rocker lever principle and detects acceleration from a capacitance that changes with acceleration applied in the vertical direction has been known. For example, Patent Document 1 discloses a physical quantity sensor composed of a movable body provided with a movable electrode portion, a beam portion supporting the movable body portion, and a fixed electrode arranged to face the movable electrode portion on a substrate. There is. The physical quantity sensor needs to prevent the movable body from swinging (displaced) significantly when an excessive acceleration is applied due to a drop impact of a device equipped with the physical quantity sensor, causing the movable body to collide with the substrate and be damaged. There is. The physical quantity sensor described in Patent Document 1 is provided with protrusions on a substrate (support substrate) for limiting the displacement of the movable body.

一方、物理量センサーには、加速度の検出感度を向上させる工夫が施されている。例えば、特許文献2に記載の物理量センサーには、可動体が固定電極の配置された基板に向かって変位した時に、可動体と基板との間に生じるエアーによる抗力(スクイーズフィルムダンピング:以下、ダンピングと記す)を低減するために、可動体を貫通する開口が設けられていた。 On the other hand, the physical quantity sensor is devised to improve the detection sensitivity of acceleration. For example, in the physical quantity sensor described in Patent Document 2, when a movable body is displaced toward a substrate on which a fixed electrode is arranged, a drag force due to air generated between the movable body and the substrate (squeeze film damping: hereinafter, damping). In order to reduce (described as), an opening was provided to penetrate the movable body.

特開2013−185959号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-185959 米国特許第8806940号明細書U.S. Pat. No. 8,806,940

特許文献1に記載の物理量センサーには、可動体にダンピングを低減する開口が設けられていなかったので、加速度の検出感度が低かった。また、特許文献2に記載の物理量センサーには、可動体の全面に開口が設けられており、この物理量センサーの支持基板に特許文献1に記載の突起を設けて可動体の変位を制限させた場合、隣り合う開口によって形成される格子状の枠部と突起とが局所的に接触した際に、可動体の枠部が容易に破損しやすいという課題があった。すなわち、検出感度と信頼性とを向上させた物理量センサーを提供することが困難であった。 Since the physical quantity sensor described in Patent Document 1 is not provided with an opening for reducing damping in the movable body, the detection sensitivity of acceleration is low. Further, the physical quantity sensor described in Patent Document 2 is provided with an opening on the entire surface of the movable body, and the protrusion described in Patent Document 1 is provided on the support substrate of the physical quantity sensor to limit the displacement of the movable body. In this case, there is a problem that the frame portion of the movable body is easily damaged when the grid-like frame portion formed by the adjacent openings and the protrusion are locally contacted. That is, it has been difficult to provide a physical quantity sensor with improved detection sensitivity and reliability.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms or application examples.

[適用例1]本適用例に係る物理量センサーは、平板状であり、当該平板状の平板面を貫通する方向に複数の開口を有し、回転軸を中心に揺動可能な可動体と、前記可動体の前記平板面と間隙を隔てて支持するために、前記平板面の一部と支柱で連結されてなる支持基板と、前記支持基板を前記平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、前記支持基板の前記可動体と間隙を隔てて重なっている領域に、前記可動体側に突出して設けられる突起と、を含み、前記支持基板を前記平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、前記突起の最大外形寸法をDとした時、前記開口は、前記突起の外周から外側に向かってD/2の範囲を除く領域に設けられていることを特徴とする。 [Application Example 1] The physical quantity sensor according to this application example has a flat plate shape, has a plurality of openings in a direction penetrating the flat plate surface, and has a movable body that can swing around a rotation axis. When the support substrate connected to a part of the flat plate surface by a support column and the support substrate are viewed in a direction perpendicular to the flat plate surface in order to support the movable body with a gap from the flat plate surface. In the above, when the support substrate is viewed in the direction perpendicular to the flat plate surface, including a protrusion provided so as to project toward the movable body in a region overlapping the movable body of the support substrate with a gap. In the above, when the maximum external dimension of the protrusion is D, the opening is provided in a region excluding the range of D / 2 from the outer periphery of the protrusion toward the outside.

本適用例によれば、物理量センサーの可動体は、平板状の平板面を貫通する方向に複数の開口を有している。可動体は、平板面の一部と支持基板とが支柱で連結され、支持基板と間隔を隔てて支持されている。支持基板を平板面に対して垂直方向に見たとき、支持基板の可動体と重なる領域には、可動体側に突出する突起が設けられている。突起の最大外形寸法をDとした時、可動体の開口は、突起の外周から外側に向かってD/2の範囲以外の領域に設けられている。換言すると、可動体が揺動し、可動体と突起とが接触する領域には、開口が設けられていないので、当該領域の剛性が向上する。これにより、物理量センサーに過大な加速度が加わって可動体と突起とが接触した場合に、可動体が損傷することを抑制することができる。また、可動体には、突起の外周から外側に向かってD/2の範囲以外の領域に、開口が設けられているので、可動体のダンピングが低減され物理量を検出する感度が向上する。したがって、信頼性と検出感度とを向上させた物理量センサーを提供することができる。 According to this application example, the movable body of the physical quantity sensor has a plurality of openings in the direction of penetrating the flat plate surface. In the movable body, a part of the flat plate surface and the support substrate are connected by columns, and the movable body is supported at a distance from the support substrate. When the support substrate is viewed in the direction perpendicular to the flat plate surface, a protrusion protruding toward the movable body is provided in a region overlapping the movable body of the support substrate. When the maximum external dimension of the protrusion is D, the opening of the movable body is provided in a region other than the range of D / 2 from the outer circumference of the protrusion to the outside. In other words, the region where the movable body swings and the movable body and the protrusions come into contact with each other is not provided with an opening, so that the rigidity of the region is improved. As a result, when an excessive acceleration is applied to the physical quantity sensor and the movable body comes into contact with the protrusion, it is possible to prevent the movable body from being damaged. Further, since the movable body is provided with an opening in a region other than the range of D / 2 from the outer circumference of the protrusion to the outside, damping of the movable body is reduced and the sensitivity for detecting a physical quantity is improved. Therefore, it is possible to provide a physical quantity sensor with improved reliability and detection sensitivity.

[適用例2]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記突起は、複数設けられていることが好ましい。 [Application Example 2] In the physical quantity sensor described in the above application example, it is preferable that a plurality of the protrusions are provided.

本適用例によれば、支持基板から可動体側に突出する突起は、複数設けられている。これにより、可動体と突起とが接触した際に受ける衝撃を分散することができる。 According to this application example, a plurality of protrusions protruding from the support substrate toward the movable body side are provided. As a result, the impact received when the movable body and the protrusion come into contact with each other can be dispersed.

[適用例3]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記突起は、前記回転軸の軸方向における前記可動体を2等分する中心線に対して対称に設けられていることが好ましい。 [Application Example 3] In the physical quantity sensor described in the above application example, it is preferable that the protrusions are provided symmetrically with respect to the center line that divides the movable body into two equal parts in the axial direction of the rotation axis.

本適用例によれば、支持基板から可動体側に突出する突起は、回転軸の軸方向における可動体を2等分する中心線に対して対称に設けられている。これにより、可動体と突起とが接触した際に可動体が捩れることにより、可動体が破損することを抑制することができる。 According to this application example, the protrusions protruding from the support substrate toward the movable body are provided symmetrically with respect to the center line that divides the movable body into two equal parts in the axial direction of the rotation axis. As a result, it is possible to prevent the movable body from being damaged due to the twisting of the movable body when the movable body and the protrusion come into contact with each other.

[適用例4]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記突起は、前記回転軸の軸方向と交差する方向において、前記回転軸と前記可動体の端部との間隔の1/2以内に設けられていることが好ましい。 [Application Example 4] In the physical quantity sensor described in the above application example, the protrusion is within 1/2 of the distance between the rotation axis and the end of the movable body in a direction intersecting the axial direction of the rotation axis. It is preferable that it is provided.

本適用例によれば、支持基板から可動体側に突出する突起は、回転軸の軸方向と交差する方向において、回転軸と可動体の端部との間隔の1/2以内に設けられている。可動体の受けるダンピングは、可動体の端部に向かう程大きくなる。そのため、突起に対応する、開口の設けられない領域をダンピングの影響が小さい回転軸側に形成することにより、可動体の受けるダンピングを低減することができる。 According to this application example, the protrusion protruding from the support substrate toward the movable body is provided within 1/2 of the distance between the rotating shaft and the end of the movable body in the direction intersecting the axial direction of the rotating shaft. .. The damping received by the movable body increases toward the end of the movable body. Therefore, it is possible to reduce the damping received by the movable body by forming the region having no opening corresponding to the protrusion on the rotation shaft side where the influence of damping is small.

[適用例5]本適用例に係る物理量センサーの製造方法は、平板状であり、当該平板状の平板面を貫通する方向に複数の開口を有し、回転軸を中心に揺動可能な可動体と、前記可動体の前記平板面と間隙を隔てて支持するために、前記平板面の一部と支柱で連結されてなる支持基板と、前記支持基板を前記平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、前記支持基板の前記可動体と間隙を隔てて重なっている領域に、前記可動体側に突出して設けられる突起と、を含み、前記支持基板を前記平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、前記突起の最大外形寸法をDとした時、前記開口は、前記突起の外周から外側に向かってD/2の範囲を除く領域に設けられている物理量センサーの製造方法であって、前記支持基板及び前記突起を形成する支持基板形成工程、前記支持基板とシリコン基板とを接合する基板接合工程、前記シリコン基板から前記開口を有する前記可動体を形成する可動体形成工程、を含むことを特徴とする。 [Application Example 5] The method for manufacturing a physical quantity sensor according to this application example is a flat plate shape, has a plurality of openings in a direction penetrating the flat plate surface of the flat plate shape, and is movable around a rotation axis. A support substrate connected to a part of the flat plate surface by a support column in order to support the body and the flat plate surface of the movable body with a gap, and the support substrate in a direction perpendicular to the flat plate surface. When viewed, the support substrate includes a protrusion provided so as to project toward the movable body in a region overlapping the movable body with a gap thereof, and the support substrate is provided in a direction perpendicular to the flat plate surface. When viewed, when the maximum external dimension of the protrusion is D, the opening is a method for manufacturing a physical quantity sensor provided in a region excluding the range of D / 2 from the outer periphery of the protrusion toward the outside. A support substrate forming step of forming the support substrate and the protrusion, a substrate bonding step of joining the support substrate and the silicon substrate, and a movable body forming step of forming the movable body having the opening from the silicon substrate. It is characterized by including.

本適用例によれば、物理量センサーの製造方法は、支持基板及び突起を形成する支持基板形成工程、支持基板とシリコン基板とを接合する基板接合工程、シリコン基板から開口を有する可動体を形成する可動体形成工程を含んでいる。まず、支持基板形成工程にて支持基板に可動体が揺動可能な空間(キャビティ)及びそのキャビティ内に突起を形成する。次に、基板接合工程にて、可動体の原材料であるシリコン基板を支持基板に接合する。そして、可動体形成工程にて、可動体の外形及び開口を形成する。本適用例の製造方法では、支持基板にキャビティを形成した後に、開口を形成する。 According to this application example, the manufacturing method of the physical quantity sensor includes a support substrate forming step of forming a support substrate and protrusions, a substrate bonding step of joining the support substrate and the silicon substrate, and forming a movable body having an opening from the silicon substrate. It includes a movable body forming step. First, in the support substrate forming step, a space (cavity) in which the movable body can swing and a protrusion are formed in the cavity. Next, in the substrate bonding step, the silicon substrate, which is the raw material of the movable body, is bonded to the support substrate. Then, in the movable body forming step, the outer shape and the opening of the movable body are formed. In the manufacturing method of this application example, an opening is formed after forming a cavity in the support substrate.

一方、物理量センサーの製造方法としては、犠牲層を形成させたシリコン基板と支持基板とを犠牲層を介して接合し、犠牲層に可動体が揺動可能なキャビティを形成する方法がある。この製造方法では、シリコン基板に可動体を形成した後、可動体に形成された開口から犠牲層をエッチングする。このため、可動体に開口を隙間なく設けておく必要があった。 On the other hand, as a method for manufacturing a physical quantity sensor, there is a method in which a silicon substrate on which a sacrificial layer is formed and a support substrate are joined via the sacrificial layer to form a cavity in the sacrificial layer in which a movable body can swing. In this manufacturing method, after forming a movable body on a silicon substrate, a sacrificial layer is etched from an opening formed in the movable body. Therefore, it is necessary to provide an opening in the movable body without a gap.

本適用例の製造方法は、キャビティを形成後にシリコン基板を接合し、可動体及び開口を形成する。これにより、支持基板を平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、突起の最大外形寸法をDとした時、突起の外周から外側に向かってD/2の範囲を除く領域に開口を設けた構成にすることができる。換言すると、可動体と突起とが接触する領域に開口を設けない構成にすることができる。これにより、可動体と突起とが接触する領域の剛性が向上するので、物理量センサーに過大な加速度が加わって可動体と突起とが接触した場合に、可動体が損傷することを抑制することができる。また、可動体には、突起の外周から外側に向かってD/2の範囲以外の領域に、開口が設けられるので、可動体のダンピングが低減され物理量を検出する感度が向上する。したがって、信頼性と検出感度とを向上させた物理量センサーの製造方法を提供することができる。 In the manufacturing method of this application example, a silicon substrate is joined after forming a cavity to form a movable body and an opening. As a result, when the support substrate is viewed in the direction perpendicular to the flat plate surface, when the maximum external dimension of the protrusion is D, an opening is provided in a region excluding the range of D / 2 from the outer circumference of the protrusion to the outside. Can be configured. In other words, it is possible to make a configuration in which an opening is not provided in the area where the movable body and the protrusion come into contact with each other. As a result, the rigidity of the area where the movable body and the protrusion contact is improved, so that damage to the movable body can be suppressed when the movable body and the protrusion come into contact with each other due to excessive acceleration applied to the physical quantity sensor. can. Further, since the movable body is provided with an opening in a region other than the range of D / 2 from the outer circumference of the protrusion to the outside, damping of the movable body is reduced and the sensitivity for detecting a physical quantity is improved. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing a physical quantity sensor with improved reliability and detection sensitivity.

[適用例6]本適用例に係る複合センサーは、上記適用例に記載の物理量センサーと、角速度センサー素子と、を備えることを特徴とする。 [Application Example 6] The composite sensor according to the present application example is characterized by including the physical quantity sensor and the angular velocity sensor element described in the above application example.

本適用例によれば、複合センサーを容易に構成することができ、例えば加速度データや角速度データを取得することができる。 According to this application example, the composite sensor can be easily configured, and for example, acceleration data and angular velocity data can be acquired.

[適用例7]本適用例に係る慣性計測ユニットは、上記適用例のいずれか一例に記載の物理量センサーと、角速度センサーと、前記物理量センサーおよび前記角速度センサーを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。 [Application Example 7] The inertial measurement unit according to this application example includes a physical quantity sensor according to any one of the above application examples, an angular velocity sensor, and a control unit that controls the physical quantity sensor and the angular velocity sensor. It is characterized by.

本適用例によれば、耐衝撃性を向上させた物理量センサーにより、さらに高信頼性の慣性計測ユニットを提供することができる。 According to this application example, it is possible to provide a highly reliable inertial measurement unit by means of a physical quantity sensor having improved impact resistance.

[適用例8]本適用例に係る携帯型電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーが収容されているケースと、前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、前記ケースに収容されている表示部と、前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、を備えることを特徴とする。 [Application Example 8] The portable electronic device according to this application example includes the physical quantity sensor according to any one of the above application examples, a case in which the physical quantity sensor is housed, and a case in which the physical quantity sensor is housed in the physical quantity sensor. It is characterized by including a processing unit for processing output data from the case, a display unit housed in the case, and a translucent cover that closes an opening of the case.

本適用例によれば、耐衝撃性を向上させた物理量センサーの出力データにより、さらに制御の信頼性を高めた高信頼性の携帯型電子機器を提供することができる。 According to this application example, it is possible to provide a highly reliable portable electronic device with further improved control reliability by using the output data of the physical quantity sensor with improved impact resistance.

[適用例9]本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を備えていることを特徴とする。 [Application Example 9] The electronic device according to the present application example is characterized by including the physical quantity sensor described in the above application example and a control unit that controls based on a detection signal output from the physical quantity sensor. And.

本適用例によれば、物理量を検出する感度と信頼性とを向上させた物理量センサーを備えた電子機器を提供することができる。 According to this application example, it is possible to provide an electronic device provided with a physical quantity sensor having improved sensitivity and reliability for detecting a physical quantity.

[適用例10]本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を備えていることを特徴とする。 [Application Example 10] The moving body according to the present application example is characterized by including the physical quantity sensor described in the above application example and a control unit that controls based on a detection signal output from the physical quantity sensor. And.

本適用例によれば、物理量を検出する感度と信頼性とを向上させた物理量センサーを備えた移動体を提供することができる。 According to this application example, it is possible to provide a moving body provided with a physical quantity sensor having improved sensitivity and reliability for detecting a physical quantity.

実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。The plan view which shows typically the physical quantity sensor which concerns on embodiment. 図1におけるA−A線での断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 物理量センサーの動作を模式的に示す断面図。The cross-sectional view which shows the operation of the physical quantity sensor schematically. 物理量センサーの動作を模式的に示す断面図。The cross-sectional view which shows the operation of the physical quantity sensor schematically. 物理量センサーの動作を模式的に示す断面図。The cross-sectional view which shows the operation of the physical quantity sensor schematically. 物理量センサーの動作を模式的に示す断面図。The cross-sectional view which shows the operation of the physical quantity sensor schematically. 物理量センサーの製造工程を説明するフローチャート図。The flowchart explaining the manufacturing process of a physical quantity sensor. 物理量センサーの各製造工程における断面図。Cross-sectional view of each manufacturing process of the physical quantity sensor. 物理量センサーの各製造工程における断面図。Cross-sectional view of each manufacturing process of the physical quantity sensor. 物理量センサーの各製造工程における断面図。Cross-sectional view of each manufacturing process of the physical quantity sensor. 物理量センサーの各製造工程における断面図。Cross-sectional view of each manufacturing process of the physical quantity sensor. 物理量センサーの各製造工程における断面図。Cross-sectional view of each manufacturing process of the physical quantity sensor. 変形例に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。The plan view which shows typically the physical quantity sensor which concerns on a modification. 図13におけるB−B線での断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line BB. 複合センサーの概略構成を示す機能ブロック図。A functional block diagram showing a schematic configuration of a composite sensor. 慣性計測ユニットの概略構成を示す分解斜視図。An exploded perspective view showing a schematic configuration of an inertial measurement unit. 慣性計測ユニットの慣性センサー素子の配置例を示す斜視図。The perspective view which shows the arrangement example of the inertia sensor element of an inertial measurement unit. 携帯型電子機器の構成を模式的に示す平面図。The plan view which shows typically the structure of the portable electronic device. 携帯型電子機器の概略構成を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the schematic structure of the portable electronic device. 物理量センサーを備える電子機器としてのモバイル型(又はノート型)のパーソナルコンピューターの概略構成を示す斜視図。The perspective view which shows the schematic structure of the mobile type (or notebook type) personal computer as an electronic device which includes a physical quantity sensor. 物理量センサーを備える電子機器としての携帯電話機(PHSも含む)の概略構成を示す斜視図。The perspective view which shows the schematic structure of the mobile phone (including PHS) as an electronic device provided with a physical quantity sensor. 物理量センサーを備える電子機器としてのデジタルスチルカメラの概略構成を示す斜視図。The perspective view which shows the schematic structure of the digital still camera as an electronic device which includes a physical quantity sensor. 物理量センサーを備える移動体としての自動車を概略的に示す斜視図。A perspective view schematically showing an automobile as a moving body equipped with a physical quantity sensor.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。
また、図1から図6及び図8から図14では、説明の便宜上、互いに直交する、X軸、Y軸及びZ軸の3軸を図示しており、軸方向を図示した矢印の先端側を「+側」、基端側を「−側」としている。また、以下では、X軸に平行な方向を「X軸方向」、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」という。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following figures, the scale of each layer and each member is different from the actual scale in order to make each layer and each member recognizable in size.
Further, in FIGS. 1 to 6 and 8 to 14, for convenience of explanation, three axes, an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis, which are orthogonal to each other, are shown, and the tip side of the arrow showing the axial direction is shown. The "+ side" and the base end side are the "-side". Further, in the following, the direction parallel to the X-axis is referred to as "X-axis direction", the direction parallel to the Y-axis is referred to as "Y-axis direction", and the direction parallel to the Z-axis is referred to as "Z-axis direction".

(実施形態)
<物理量センサーの構成>
図1は、実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す平面図である。図2は、図1におけるA−A線での断面図である。まず、実施形態に係る物理量センサー100の概略構成について、図1及び図2を参照して説明する。なお、図1においては、説明の便宜上、蓋体30の図示を省略している。
(Embodiment)
<Structure of physical quantity sensor>
FIG. 1 is a plan view schematically showing a physical quantity sensor according to an embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. First, the schematic configuration of the physical quantity sensor 100 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In FIG. 1, the lid 30 is not shown for convenience of explanation.

本実施形態の物理量センサー100は、例えば、慣性センサーとして利用することができる。具体的には、例えば、鉛直方向(Z軸方向)の加速度を測定するための加速度センサー(静電容量型加速度センサー、静電容量型MEMS加速度センサー)として利用することができる。なお、本実施形態では、鉛直方向をZ軸、後述する回転軸(梁部25)の軸方向をY軸、Z軸及びY軸の双方と交差する方向をX軸という。 The physical quantity sensor 100 of the present embodiment can be used as, for example, an inertial sensor. Specifically, for example, it can be used as an acceleration sensor (capacitance type acceleration sensor, capacitance type MEMS acceleration sensor) for measuring acceleration in the vertical direction (Z-axis direction). In the present embodiment, the vertical direction is referred to as the Z axis, the axial direction of the rotation axis (beam portion 25) described later is referred to as the Y axis, and the direction intersecting both the Z axis and the Y axis is referred to as the X axis.

図1及び図2に示すように、物理量センサー100は、平板状をなし、平板状の平板面28を有する可動体20、可動体20を支持する支持基板10、支持基板10と共に可動体20を内包する蓋体30を含んでいる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the physical quantity sensor 100 has a flat plate shape, and has a movable body 20 having a flat plate surface 28, a support substrate 10 for supporting the movable body 20, and a movable body 20 together with the support substrate 10. The included lid 30 is included.

支持基板10は、凹状のキャビティ16を有している。キャビティ16内の主面17上には、第1固定電極11、第2固定電極12が備えられている。さらに、第1固定電極11と第2固定電極12との間には、可動体20の平板面28と間隔を隔てて支持するための支柱14が設けられている。また、支柱14のX軸方向における両側には、可動体20側(+Z軸側)に突出する突起15が設けられている。支柱14及び突起15は、支持基板10と一体で形成される。支持基板10の材料は、特に限定されないが、本実施形態では、好適例として、絶縁性材料であるホウ珪酸ガラス(以下、ガラスという)を採用している。 The support substrate 10 has a concave cavity 16. A first fixed electrode 11 and a second fixed electrode 12 are provided on the main surface 17 in the cavity 16. Further, between the first fixed electrode 11 and the second fixed electrode 12, a support column 14 for supporting the movable body 20 with a flat plate surface 28 at a distance is provided. Further, protrusions 15 protruding toward the movable body 20 side (+ Z axis side) are provided on both sides of the support column 14 in the X-axis direction. The support column 14 and the protrusion 15 are formed integrally with the support substrate 10. The material of the support substrate 10 is not particularly limited, but in the present embodiment, borosilicate glass (hereinafter referred to as glass), which is an insulating material, is adopted as a preferable example.

第1固定電極11は、Y軸方向からの側面視において、支柱14の−X軸側に位置し、Z軸方向からの平面視において、後述する第1質量部21と重なる領域に、設けられている。第2固定電極12は、Y軸方向からの側面視において、支柱14の+X軸側に位置し、Z軸方向からの平面視において、後述する第2質量部22と重なる領域に、設けられている。第1、第2固定電極11,12の材料としては、例えば、Pt(プラチナ)、Al(アルミニウム)、Mo(モリブデン)、Cr(クロム)、Ti(チタン)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Ag(銀)、Au(金)、または、ITO(Indium Tin Oxide)などの導電膜を採用することができる。 The first fixed electrode 11 is located on the −X-axis side of the support column 14 in the side view from the Y-axis direction, and is provided in a region overlapping the first mass portion 21 described later in the plan view from the Z-axis direction. ing. The second fixed electrode 12 is located on the + X-axis side of the support column 14 in the side view from the Y-axis direction, and is provided in a region overlapping the second mass portion 22 described later in the plan view from the Z-axis direction. There is. Examples of the materials of the first and second fixed electrodes 11 and 12 include Pt (platinum), Al (aluminum), Mo (molybdenum), Cr (chromium), Ti (titanium), Ni (nickel), and Cu (copper). ), Ag (silver), Au (gold), or a conductive film such as ITO (Indium Tin Oxide) can be adopted.

可動体20は、支持部24、回転軸としての梁部25を含んでいる。支持部24は、平板面28の一部であり、支柱14で支持基板10と連結されている。梁部25は、支持部24に支持され、支持部24からY軸方向に伸びている。梁部25は、所謂ねじりばねとしての機能を有している。梁部25は、支持部24及び支柱14を介し支持基板10に対して可動体20全体を揺動可能に支持している。 The movable body 20 includes a support portion 24 and a beam portion 25 as a rotation axis. The support portion 24 is a part of the flat plate surface 28, and is connected to the support substrate 10 by a support column 14. The beam portion 25 is supported by the support portion 24 and extends from the support portion 24 in the Y-axis direction. The beam portion 25 has a function as a so-called torsion spring. The beam portion 25 oscillatingly supports the entire movable body 20 with respect to the support substrate 10 via the support portion 24 and the support column 14.

可動体20は、第1可動体20aと第2可動体20bとを有している。第1可動体20aは、梁部25の回転中心となる中心線CL2から−X軸方向側の領域であり、第2可動体20bは、梁部25の回転中心となる中心線CL2から+X軸方向側の領域である。第1可動体20aには、梁部25から−X軸方向に向かって、第1質量部21と、第3質量部23とが順に設けられている。第2可動体20bには、第2質量部22が設けられている。Z軸方向からの平面視において、第1質量部21は第1固定電極11と重なる領域に位置し、第2質量部22は第2固定電極12と重なる領域に位置している。 The movable body 20 has a first movable body 20a and a second movable body 20b. The first movable body 20a is a region on the -X axis direction side from the center line CL2 which is the center of rotation of the beam portion 25, and the second movable body 20b is a region from the center line CL2 which is the center of rotation of the beam portion 25 to the + X axis. This is the area on the directional side. The first movable body 20a is provided with a first mass portion 21 and a third mass portion 23 in order from the beam portion 25 in the −X axis direction. The second movable body 20b is provided with a second mass portion 22. In a plan view from the Z-axis direction, the first mass portion 21 is located in a region overlapping the first fixed electrode 11, and the second mass portion 22 is located in a region overlapping the second fixed electrode 12.

可動体20の材料は、特に限定されないが、本実施形態では、好適例として、導電性材料であるシリコンを採用している。可動体20に導電性材料を用いることで、第1質量部21と第2質量部22とに電極としての機能を持たせることができる。なお、可動体に非電導性の基板を用いて、第1、第2質量部を非導電性の基板の上に設けられた導電性の電極層で形成させてもよい。 The material of the movable body 20 is not particularly limited, but in the present embodiment, silicon, which is a conductive material, is adopted as a preferable example. By using a conductive material for the movable body 20, the first mass portion 21 and the second mass portion 22 can have a function as electrodes. A non-conductive substrate may be used for the movable body, and the first and second mass parts may be formed by a conductive electrode layer provided on the non-conductive substrate.

可動体20は、梁部25によって支持され、梁部25を回転軸として揺動可能である。可動体20が、梁部25を支点としてシーソー揺動(傾倒)することで、第1質量部21と第1固定電極11との間隙(距離)、及び第2質量部22と第2固定電極12との間隙(距離)が変化する。物理量センサー100は、可動体20の傾倒に応じて、第1質量部21と第1固定電極11との間、及び第2質量部22と第2固定電極12との間で生じる静電容量C1,C2の変化から加速度を求める。 The movable body 20 is supported by the beam portion 25 and can swing around the beam portion 25 as a rotation axis. When the movable body 20 swings (tilts) with the beam portion 25 as a fulcrum, the gap (distance) between the first mass portion 21 and the first fixed electrode 11 and the second mass portion 22 and the second fixed electrode are The gap (distance) with 12 changes. The physical quantity sensor 100 has a capacitance C1 generated between the first mass portion 21 and the first fixed electrode 11 and between the second mass portion 22 and the second fixed electrode 12 according to the tilt of the movable body 20. , C2 changes to find the acceleration.

可動体20に鉛直方向の加速度(例えば重力加速度)が加わった場合、第1可動体20aと第2可動体20bの各々に回転モーメント(力のモーメント)が生じる。ここで、第1可動体20aの回転モーメント(例えば反時計回りの回転モーメント)と、第2可動体20bの回転モーメント(例えば時計回りの回転モーメント)と、が均衡した場合には、可動体20の傾きに変化が生じず、加速度を検出することができない。したがって、鉛直方向の加速度が加わった時に、第1可動体20aの回転モーメントと、第2可動体20bの回転モーメントとが均衡せず、可動体20に所定の傾きが生じるように、可動体20が設計されている。 When a vertical acceleration (for example, gravitational acceleration) is applied to the movable body 20, a rotational moment (force moment) is generated in each of the first movable body 20a and the second movable body 20b. Here, when the rotational moment of the first movable body 20a (for example, a counterclockwise rotational moment) and the rotational moment of the second movable body 20b (for example, a clockwise rotational moment) are balanced, the movable body 20 There is no change in the inclination of, and the acceleration cannot be detected. Therefore, when the acceleration in the vertical direction is applied, the rotational moment of the first movable body 20a and the rotational moment of the second movable body 20b are not balanced, and the movable body 20 is tilted so as to cause a predetermined inclination. Is designed.

物理量センサー100は、梁部25を、可動体20のX軸方向の重心から外れた位置に配置させている。換言すると、第1可動体20aには、第3質量部23が設けられているので、梁部25の回転軸となる中心線CL2から第1可動体20aの端面までの距離Raと、中心線CL2から第2可動体20bの端面までとの距離Rbが異なっている。これにより、第1可動体20aと第2可動体20bとが互いに異なる質量を有する。すなわち、可動体20は、梁部25の中心線CL2を起点にして、一方側(第1可動体20a)と他方側(第2可動体20b)とで質量が異なる。このように、第1可動体20aと第2可動体20bとの質量を異ならせることにより、可動体20に鉛直方向の加速度が加わった時に生じる、第1可動体20aの回転モーメントと、第2可動体20bの回転モーメントと、を不均衡にすることができる。これにより、物理量センサー100に鉛直方向の加速度が加わった時、可動体20が傾倒する。 The physical quantity sensor 100 arranges the beam portion 25 at a position deviated from the center of gravity of the movable body 20 in the X-axis direction. In other words, since the first movable body 20a is provided with the third mass portion 23, the distance Ra from the center line CL2, which is the rotation axis of the beam portion 25, to the end face of the first movable body 20a, and the center line. The distance Rb from CL2 to the end face of the second movable body 20b is different. As a result, the first movable body 20a and the second movable body 20b have different masses from each other. That is, the mass of the movable body 20 is different between one side (first movable body 20a) and the other side (second movable body 20b) starting from the center line CL2 of the beam portion 25. By making the masses of the first movable body 20a and the second movable body 20b different in this way, the rotational moment of the first movable body 20a and the second movable body 20a generated when the movable body 20 is accelerated in the vertical direction. The rotational moment of the movable body 20b can be imbalanced. As a result, when the physical quantity sensor 100 is subjected to vertical acceleration, the movable body 20 tilts.

第1質量部21と第1固定電極11との間には、静電容量(可変静電容量)C1が構成される。また、第2質量部22と第2固定電極12との間には、静電容量(可変静電容量)C2が構成される。静電容量C1は、第1質量部21と第1固定電極11との間隙(距離)に応じて静電容量が変化し、静電容量C2は、第2質量部22と第2固定電極12との間隙(距離)に応じて静電容量が変化する。 A capacitance (variable capacitance) C1 is formed between the first mass portion 21 and the first fixed electrode 11. Further, a capacitance (variable capacitance) C2 is formed between the second mass portion 22 and the second fixed electrode 12. The capacitance of the capacitance C1 changes according to the gap (distance) between the first mass portion 21 and the first fixed electrode 11, and the capacitance C2 is the second mass portion 22 and the second fixed electrode 12. The capacitance changes according to the gap (distance) with.

例えば、可動体20が支持基板10に対して水平の場合、静電容量C1,C2は、互いに略等しい静電容量値となる。詳しくは、Z軸方向からの平面視で、第1質量部21と第1固定電極11との重なり合う面積と、第2質量部22と第2固定電極12との重なり合う面積と、が等しく、Y方向からの側面視で、第1質量部21と第1固定電極11との間隙と、第2質量部22と第2固定電極12との間隙と、が等しくなっているため、静電容量C1,C2の静電容量値も等しくなる。また、例えば、可動体20に鉛直方向の加速度が加わり、梁部25を回転軸として可動体20が傾倒すると、静電容量C1,C2は、可動体20の傾倒に応じて、静電容量C1,C2の静電容量値が変化する。可動体20が傾倒した場合、第1質量部21と第1固定電極11との間隙と、第2質量部22と第2固定電極12との間隙と、が異なるため、静電容量C1,C2の静電容量値も異なる。 For example, when the movable body 20 is horizontal to the support substrate 10, the capacitances C1 and C2 have capacitance values that are substantially equal to each other. Specifically, in a plan view from the Z-axis direction, the overlapping area of the first mass portion 21 and the first fixed electrode 11 and the overlapping area of the second mass portion 22 and the second fixed electrode 12 are equal, and Y When viewed from the side from the direction, the gap between the first mass portion 21 and the first fixed electrode 11 and the gap between the second mass portion 22 and the second fixed electrode 12 are equal, so that the capacitance C1 , C2 have the same capacitance value. Further, for example, when an acceleration in the vertical direction is applied to the movable body 20 and the movable body 20 is tilted with the beam portion 25 as the rotation axis, the capacitances C1 and C2 are changed to the capacitances C1 according to the tilt of the movable body 20. , The capacitance value of C2 changes. When the movable body 20 is tilted, the gap between the first mass portion 21 and the first fixed electrode 11 and the gap between the second mass portion 22 and the second fixed electrode 12 are different, so that the capacitances C1 and C2 are different. The capacitance value of is also different.

図3〜図6は、物理量センサーの動作を模式的に示す断面図である。ここで、物理量センサーの動作と静電容量の関係について図3から図6を参照して説明する。なお、図3から図6では、動作の説明に必要のない構成の図示を省略している。 3 to 6 are cross-sectional views schematically showing the operation of the physical quantity sensor. Here, the relationship between the operation of the physical quantity sensor and the capacitance will be described with reference to FIGS. 3 to 6. In addition, in FIGS. 3 to 6, the illustration of the configuration which is not necessary for the explanation of the operation is omitted.

図3は、支持基板10に対して可動体20が、略水平状態に位置している状態を示している。この状態の物理量センサー100に、+Z軸方向の加速度αuが加わった場合を説明する。
可動体20は、一様の厚さ(Z軸方向の寸法)を有する平板状の長方形をなしている。第1可動体20aは質量m1を有し、その重心G1は支持部24に回転可能に支持されている梁部25の中心Qから−X軸方向の距離r1に位置している。第2可動体20bは質量m2を有し、その重心G2は梁部25の中心Qから+X軸方向の距離r2に位置している。第1可動体20aは、第3質量部23を有し、第2可動体20bよりもX軸方向に長い長方形の形状をなしている。このため、第1可動体20aの質量m1は第2可動体20bの質量m2よりも重く、第1可動体20aの重心G1の位置する距離r1は、第2可動体20bの重心G2の位置する距離r2よりも長い。
FIG. 3 shows a state in which the movable body 20 is positioned substantially horizontally with respect to the support substrate 10. The case where the acceleration αu in the + Z axis direction is applied to the physical quantity sensor 100 in this state will be described.
The movable body 20 has a flat rectangular shape having a uniform thickness (dimensions in the Z-axis direction). The first movable body 20a has a mass m1, and its center of gravity G1 is located at a distance r1 in the −X axis direction from the center Q of the beam portion 25 rotatably supported by the support portion 24. The second movable body 20b has a mass m2, and its center of gravity G2 is located at a distance r2 in the + X axis direction from the center Q of the beam portion 25. The first movable body 20a has a third mass portion 23 and has a rectangular shape longer than the second movable body 20b in the X-axis direction. Therefore, the mass m1 of the first movable body 20a is heavier than the mass m2 of the second movable body 20b, and the distance r1 where the center of gravity G1 of the first movable body 20a is located is the position of the center of gravity G2 of the second movable body 20b. Longer than the distance r2.

物理量センサー100に対して、−Z軸方向から+Z軸方向に向かう加速度αuが加わると、第1可動体20aには、質量m1と、加速度αuと、距離r1との積に相当する第1回転モーメントNu1が、梁部25の中心Qを回転軸として反時計回りの方向に作用する。他方、第2可動体20bには、質量m2と、加速度αuと、距離r2との積に相当する第2回転モーメントNu2が、梁部25の中心Qを回転軸として時計回りの方向に作用する。第1可動体20aの質量m1は第2可動体20bの質量m2よりも重く、第1可動体20aの重心G1の位置する距離r1は、第2可動体20bの重心G2の位置する距離r2よりも長いため、第1可動体20aに作用する第1回転モーメントNu1は、第2可動体20bに作用する第2回転モーメントNu2よりも、大きい。 When the acceleration αu from the −Z axis direction to the + Z axis direction is applied to the physical quantity sensor 100, the first movable body 20a is subjected to the first rotation corresponding to the product of the mass m1, the acceleration αu, and the distance r1. The moment Nu1 acts in the counterclockwise direction with the center Q of the beam portion 25 as the rotation axis. On the other hand, on the second movable body 20b, a second rotational moment Nu2 corresponding to the product of the mass m2, the acceleration αu, and the distance r2 acts in the clockwise direction with the center Q of the beam portion 25 as the rotation axis. .. The mass m1 of the first movable body 20a is heavier than the mass m2 of the second movable body 20b, and the distance r1 where the center of gravity G1 of the first movable body 20a is located is from the distance r2 where the center of gravity G2 of the second movable body 20b is located. The first rotational moment Nu1 acting on the first movable body 20a is larger than the second rotational moment Nu2 acting on the second movable body 20b.

これにより、図4に示すように、梁部25には、第1回転モーメントNu1(図3参照)と第2回転モーメントNu2(図3参照)の差に相当するトルクNuが、梁部25の中心Qを回転軸として反時計回りの方向に作用し、可動体20は、反時計回りに傾倒する。これにより、第1可動体20aの第1質量部21と第1固定電極11との間隙が小さく(狭く)なり、第1質量部21と第1固定電極11との間で形成される静電容量C1の静電容量値が増加する。他方、第2可動体20bの第2質量部22と第2固定電極12との間隙が大きく(広く)なり、第2質量部22と第2固定電極12との間で形成される静電容量C2の静電容量値が減少する。 As a result, as shown in FIG. 4, the beam portion 25 receives a torque Nu corresponding to the difference between the first rotational moment Nu1 (see FIG. 3) and the second rotational moment Nu2 (see FIG. 3). It acts in the counterclockwise direction with the center Q as the rotation axis, and the movable body 20 tilts counterclockwise. As a result, the gap between the first mass portion 21 and the first fixed electrode 11 of the first movable body 20a becomes smaller (narrower), and the static electricity formed between the first mass portion 21 and the first fixed electrode 11 The capacitance value of the capacitance C1 increases. On the other hand, the gap between the second mass portion 22 and the second fixed electrode 12 of the second movable body 20b becomes larger (wider), and the capacitance formed between the second mass portion 22 and the second fixed electrode 12 The capacitance value of C2 decreases.

図5は、支持基板10に対して可動体20が、略水平状態に位置している状態を示している。この状態の物理量センサー100に、−Z軸方向の加速度αdが加わった場合を説明する。
物理量センサー100に対して、+Z軸方向から−Z軸方向に向かう加速度αdが加わると、第1可動体20aには、質量m1と、加速度αdと、距離r1との積に相当する第1回転モーメントNd1が、梁部25の中心Qを回転軸として時計回りの方向に作用する。他方、第2可動体20bには、質量m2と、加速度αdと、距離r2との積に相当する第2回転モーメントNd2が、梁部25の中心Qを回転軸として反時計回りの方向に作用する。第1可動体20aの質量m1は第2可動体20bの質量m2よりも重く、第1可動体20aの重心G1の位置する距離r1は、第2可動体20bの重心G2の位置する距離r2よりも長いため、第1可動体20aに作用する第1回転モーメントNd1は、第2可動体20bに作用する第2回転モーメントNd2よりも、大きい。
FIG. 5 shows a state in which the movable body 20 is positioned substantially horizontally with respect to the support substrate 10. The case where the acceleration αd in the −Z axis direction is applied to the physical quantity sensor 100 in this state will be described.
When the acceleration αd from the + Z-axis direction to the −Z-axis direction is applied to the physical quantity sensor 100, the first movable body 20a is subjected to the first rotation corresponding to the product of the mass m1, the acceleration αd, and the distance r1. The moment Nd1 acts in the clockwise direction with the center Q of the beam portion 25 as the rotation axis. On the other hand, on the second movable body 20b, a second rotational moment Nd2 corresponding to the product of the mass m2, the acceleration αd, and the distance r2 acts in the counterclockwise direction with the center Q of the beam portion 25 as the rotation axis. do. The mass m1 of the first movable body 20a is heavier than the mass m2 of the second movable body 20b, and the distance r1 where the center of gravity G1 of the first movable body 20a is located is from the distance r2 where the center of gravity G2 of the second movable body 20b is located. The first rotational moment Nd1 acting on the first movable body 20a is larger than the second rotational moment Nd2 acting on the second movable body 20b.

これにより、図6に示すように、梁部25には、第1回転モーメントNd1(図5参照)と第2回転モーメントNd2(図5参照)の差に相当するトルクNdが、梁部25の中心Qを回転軸として時計回りの方向に作用し、可動体20は、時計回りに傾倒する。これにより、第1可動体20aの第1質量部21と第1固定電極11との間隙が大きく(広く)なり、第1質量部21と第1固定電極11との間で形成される静電容量C1の静電容量値が減少する。他方、第2可動体20bの第2質量部22と第2固定電極12との間隙が小さく(狭く)なり、第2質量部22と第2固定電極12との間で形成される静電容量C2の静電容量値が増加する。 As a result, as shown in FIG. 6, the beam portion 25 is provided with a torque Nd corresponding to the difference between the first rotational moment Nd1 (see FIG. 5) and the second rotational moment Nd2 (see FIG. 5). The movable body 20 tilts clockwise by acting in the clockwise direction with the center Q as the rotation axis. As a result, the gap between the first mass portion 21 and the first fixed electrode 11 of the first movable body 20a becomes large (wide), and the static electricity formed between the first mass portion 21 and the first fixed electrode 11 The capacitance value of the capacitance C1 decreases. On the other hand, the gap between the second mass portion 22 and the second fixed electrode 12 of the second movable body 20b becomes smaller (narrower), and the capacitance formed between the second mass portion 22 and the second fixed electrode 12 The capacitance value of C2 increases.

物理量センサー100は、梁部25に作用するトルクNu,Ndを大きくすること、すなわち、第1可動体20aと第2可動体20bとの質量差を拡大すること、梁部25から第1可動体20aの重心G1までの距離r1と梁部25から第2可動体20bの重心G2までの距離r2との差を拡大することで、可動体20を大きく傾倒させることができる。これにより静電容量C1,C2の静電容量値の増減が大きくなるため、物理量センサー100の物理量を検出する感度を向上させることができる。また、物理量センサー100は、ねじりばねとして機能する梁部25のX軸方向の幅を狭くして、ばねの靱性を低下させることで、可動体20の傾倒を大きくさせることができる。これにより、物理量の検出感度を向上させることもできる。 The physical quantity sensor 100 increases the torques Nu and Nd acting on the beam portion 25, that is, increases the mass difference between the first movable body 20a and the second movable body 20b, and increases the mass difference between the beam portion 25 and the first movable body 20b. By increasing the difference between the distance r1 to the center of gravity G1 of 20a and the distance r2 from the beam portion 25 to the center of gravity G2 of the second movable body 20b, the movable body 20 can be greatly tilted. As a result, the increase / decrease in the capacitance values of the capacitances C1 and C2 becomes large, so that the sensitivity for detecting the physical quantity of the physical quantity sensor 100 can be improved. Further, the physical quantity sensor 100 can increase the tilt of the movable body 20 by narrowing the width of the beam portion 25 functioning as a torsion spring in the X-axis direction and lowering the toughness of the spring. Thereby, the detection sensitivity of the physical quantity can be improved.

次に、可動体に設けられる開口、及び支持基板に設けられる突起について説明する。図1及び図2に示すように、物理量センサー100は、過大な加速度が加わった際に、可動体20と支持基板10とが接触することを防止するために、可動体20の変位を制限する突起15を支持基板10の主面17に有している。突起15は、支持基板10を平板面28に対して垂直方向(Z軸方向)に見たときにおいて、支持基板10の可動体20と間隔を隔てて重なっている領域に設けられている。 Next, the openings provided in the movable body and the protrusions provided in the support substrate will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the physical quantity sensor 100 limits the displacement of the movable body 20 in order to prevent the movable body 20 and the support substrate 10 from coming into contact with each other when an excessive acceleration is applied. The protrusion 15 is provided on the main surface 17 of the support substrate 10. The protrusions 15 are provided in a region where the support substrate 10 is spaced apart from the movable body 20 of the support substrate 10 when viewed in the direction perpendicular to the flat plate surface 28 (Z-axis direction).

本実施形態では、突起15は、支持基板10上において、第1質量部21と重なる領域、及び第2質量部22と重なる領域に複数(各2個)設けられている。突起15は、円柱状をなし、その直径は、略3〜5μmである。これにより、可動体20の端部が、支持基板10に衝突して破損することを抑制している。また、突起15を複数設けることにより、可動体20と突起15とが接触した際に受ける衝撃を分散することができる。なお、本実施形態では、第1、第2質量部21,22に対応する位置に各2個の突起15が設けられた構成を示したが、これに限定するものではない。突起15が、各1個設けられた構成や各3個以上設けられた構成であってもよい。また、第1可動体20a側における突起15は、第3質量部23に対応する位置に設けられた構成であってもよい。また、突起の形状は、円柱状をなしているものと説明したが、三角柱や四角柱などの多角柱であってもよし、上面が面取りされた形状であってもよい。また、突起15の表面に、絶縁性の保護膜が形成されていてもよい。これにより、第1、第2質量部21,22と突起15とが接触した際の電気的短絡を防ぐことができる。 In the present embodiment, a plurality of protrusions 15 (two each) are provided on the support substrate 10 in a region overlapping the first mass portion 21 and a region overlapping the second mass portion 22. The protrusion 15 has a columnar shape, and its diameter is approximately 3 to 5 μm. As a result, the end portion of the movable body 20 is prevented from colliding with the support substrate 10 and being damaged. Further, by providing a plurality of protrusions 15, the impact received when the movable body 20 and the protrusions 15 come into contact with each other can be dispersed. In the present embodiment, two protrusions 15 are provided at positions corresponding to the first and second mass parts 21 and 22, but the present invention is not limited to this. The protrusions 15 may be provided one by one or three or more by each. Further, the protrusion 15 on the side of the first movable body 20a may be provided at a position corresponding to the third mass portion 23. Further, although the shape of the protrusion has been described as having a columnar shape, it may be a polygonal prism such as a triangular prism or a quadrangular prism, or may have a chamfered upper surface. Further, an insulating protective film may be formed on the surface of the protrusion 15. This makes it possible to prevent an electrical short circuit when the first and second mass parts 21 and 22 come into contact with the protrusion 15.

一方、可動体20には、可動体20に鉛直方向の加速度が加わり、可動体20が揺動する際に、気体の粘性により生じるダンピング(可動体の動きを止めようとする働き、流動抵抗)を低減するために、平板面28を貫通する方向(Z軸方向)に複数の開口26が設けられている。開口26は、支持基板10を平板面28に対して垂直方向(Z軸方向)に見たときにおいて、突起15の最大外形寸法をDとした時、突起15の外周から外側に向かってD/2の範囲(突起15の中心から2Dの範囲)を除く領域に設けられている。これにより、可動体20のダンピングが低減され物理量を検出する感度が向上する。 On the other hand, in the movable body 20, when an acceleration in the vertical direction is applied to the movable body 20 and the movable body 20 swings, damping caused by the viscosity of the gas (a function of stopping the movement of the movable body, flow resistance) A plurality of openings 26 are provided in a direction (Z-axis direction) penetrating the flat plate surface 28 in order to reduce the problem. The opening 26 is D / outward from the outer periphery of the protrusion 15 when the maximum external dimension of the protrusion 15 is D when the support substrate 10 is viewed in the direction perpendicular to the flat plate surface 28 (Z-axis direction). It is provided in a region excluding the range 2 (the range 2D from the center of the protrusion 15). As a result, the damping of the movable body 20 is reduced and the sensitivity for detecting the physical quantity is improved.

本実施形態では、Z軸方向からの平面視にて、突起15の中心から2Dの範囲を除く領域に、正方形の開口26がマトリックス状に配置されている。換言すると、物理量センサー100に過大な加速度が加わった際に、可動体20が揺動し、可動体20と突起15とが接触する領域には、開口26が設けられていない。 In the present embodiment, square openings 26 are arranged in a matrix in a region excluding the 2D range from the center of the protrusion 15 in a plan view from the Z-axis direction. In other words, when an excessive acceleration is applied to the physical quantity sensor 100, the movable body 20 swings, and the opening 26 is not provided in the region where the movable body 20 and the protrusion 15 come into contact with each other.

逆に、突起15の中心から2Dの範囲内にも開口26が設けられていた場合には、隣り合う開口26によって形成される格子状の枠部27と突起15とが局所的に接触した際に、可動体20の枠部27が容易に破損する恐れがあった。本実施形態の物理量センサー100は、突起15と接触する領域に開口26は設けられていないので、当該領域の剛性が向上している。これにより、物理量センサー100に過大な加速度が加わって可動体20と突起15とが接触した場合に、可動体20が損傷することを抑制することができる。なお、複数の開口26は、個々に異なる形状であってもよい。また、開口26を配置する位置や数量も自由に設定することができる。 On the contrary, when the opening 26 is also provided within the range of 2D from the center of the protrusion 15, when the grid-like frame portion 27 formed by the adjacent openings 26 and the protrusion 15 come into local contact with each other. In addition, the frame portion 27 of the movable body 20 may be easily damaged. Since the physical quantity sensor 100 of the present embodiment is not provided with the opening 26 in the region in contact with the protrusion 15, the rigidity of the region is improved. As a result, it is possible to prevent the movable body 20 from being damaged when the movable body 20 and the protrusion 15 come into contact with each other due to an excessive acceleration applied to the physical quantity sensor 100. The plurality of openings 26 may have different shapes. In addition, the position and quantity of the openings 26 can be freely set.

なお、本実施形態では、可動体20は、支持基板10に設けられている支柱14などを介して支持される梁部25によって揺動可能に設けられているものとして説明したが、この構成に限定されるものではない。例えば、可動体は、Z軸方向からの平面視にて、可動体の外周を取り囲み、可動体と所定の間隔を有して設けられた枠状の支持体からY軸方向に伸びる梁部によって揺動可能に設けられた構成であってもよい。 In the present embodiment, it has been described that the movable body 20 is provided so as to be swingable by a beam portion 25 supported via a support column 14 or the like provided on the support substrate 10. It is not limited. For example, the movable body is formed by a beam portion that surrounds the outer circumference of the movable body in a plan view from the Z-axis direction and extends in the Y-axis direction from a frame-shaped support provided at a predetermined distance from the movable body. It may be configured so as to be swingable.

<物理量センサーの製造方法>
図7は、物理量センサーの製造工程を説明するフローチャート図である。図8〜図12は、物理量センサーの各製造工程における断面図である。次に、物理量センサー100の製造方法について図7から図12を参照して説明する。
<Manufacturing method of physical quantity sensor>
FIG. 7 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the physical quantity sensor. 8 to 12 are cross-sectional views taken in each manufacturing process of the physical quantity sensor. Next, a method of manufacturing the physical quantity sensor 100 will be described with reference to FIGS. 7 to 12.

ステップS1は、支持基板10及び突起15を形成する支持基板形成工程である。まず、ガラス基板を用意する。支持基板形成工程では、ガラス基板をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで支持基板10及び突起15を形成する。例えば、ガラス基板は、フッ酸系エッチャントを用いることでウェットエッチングすることができる。これにより、図8に示すようなガラス基板に凹状のキャビティ16、支柱14及び突起15が形成された支持基板10を得ることができる。 Step S1 is a support substrate forming step for forming the support substrate 10 and the protrusions 15. First, a glass substrate is prepared. In the support substrate forming step, the support substrate 10 and the protrusions 15 are formed by patterning the glass substrate using a photolithography technique and an etching technique. For example, the glass substrate can be wet-etched by using a hydrofluoric acid-based etchant. As a result, it is possible to obtain the support substrate 10 in which the concave cavity 16, the support column 14, and the protrusion 15 are formed on the glass substrate as shown in FIG.

ステップS2は、第1、第2固定電極11,12を形成する固定電極形成工程である。固定電極形成工程では、スパッタ法等により支持基板10の主面17上に導電膜を成膜した後、導電膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法(ドライエッチング、ウェットエッチング等)を用いてパターニングすることで第1、第2固定電極11,12を形成する。これにより、図9に示すように、支持基板10のキャビティ16内の主面17上に第1、第2固定電極11,12を設けることができる。 Step S2 is a fixed electrode forming step of forming the first and second fixed electrodes 11 and 12. In the fixed electrode forming step, a conductive film is formed on the main surface 17 of the support substrate 10 by a sputtering method or the like, and then the conductive film is patterned using a photolithography technique and an etching technique (dry etching, wet etching, etc.). The first and second fixed electrodes 11 and 12 are formed. As a result, as shown in FIG. 9, the first and second fixed electrodes 11 and 12 can be provided on the main surface 17 in the cavity 16 of the support substrate 10.

ステップS3は、支持基板10とシリコン基板20Sを接合する基板接合工程である。図10に示すように、基板接合工程では、例えば、陽極接合、直接接合、又は接着剤を用いて支持基板10とシリコン基板20Sとを接合する。 Step S3 is a substrate bonding step of bonding the support substrate 10 and the silicon substrate 20S. As shown in FIG. 10, in the substrate bonding step, the support substrate 10 and the silicon substrate 20S are bonded, for example, by anode bonding, direct bonding, or using an adhesive.

ステップS4は、シリコン基板20Sから開口26を有する可動体20を形成する可動体形成工程である。可動体形成工程では、シリコン基板20Sを、例えば、研削機を用いて研削し、所定の厚さに薄膜化する。そして、シリコン基板20Sをフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで可動体20を形成する。例えば、シリコン基板20Sは、RIE(Reactive Ion Etching)装置を用いたボッシュプロセスによってエッチングすることができる。これにより、図11に示すように、開口26、支持部24及び梁部25を含む可動体20が一体で形成される。 Step S4 is a movable body forming step of forming the movable body 20 having the opening 26 from the silicon substrate 20S. In the movable body forming step, the silicon substrate 20S is ground using, for example, a grinder to thin the silicon substrate 20S to a predetermined thickness. Then, the movable body 20 is formed by patterning the silicon substrate 20S using a photolithography technique and an etching technique. For example, the silicon substrate 20S can be etched by a Bosch process using a RIE (Reactive Ion Etching) apparatus. As a result, as shown in FIG. 11, the movable body 20 including the opening 26, the support portion 24, and the beam portion 25 is integrally formed.

ステップS5は、可動体20を封止する封止工程である。封止工程では、支持基板10に蓋体30を接合して、支持基板10及び蓋体30によって形成される空間に可動体20を収容する。支持基板10と蓋体30とは、例えば、陽極接合や接着剤等を用いて接合する。以上により、図12に示すように、物理量センサー100が得られる。 Step S5 is a sealing step of sealing the movable body 20. In the sealing step, the lid 30 is joined to the support substrate 10 and the movable body 20 is accommodated in the space formed by the support substrate 10 and the lid 30. The support substrate 10 and the lid 30 are joined by using, for example, an anode bond or an adhesive. As shown in FIG. 12, the physical quantity sensor 100 is obtained.

本実施形態では、支持基板10に可動体20が揺動可能なキャビティ16を形成する物理量センサー100の製造方法を示した。一方、物理量センサーの製造方法としては、犠牲層を形成させたシリコン基板と支持基板とを犠牲層を介して接合し、犠牲層に可動体が揺動可能なキャビティを形成する方法もある。この製造方法の場合、シリコン基板に可動体を形成させた後、同時に形成させた可動体の開口からシリコン基板と支持基板とに挟まれた犠牲層をエッチングすることにより、犠牲層に可動体が揺動可能なキャビティを形成している。このため、可動体に開口をマトリックス状に隙間なく設けておく必要があった。換言すると、可動体と突起とが接触する領域に開口を設けない構成にすることができなかった。 In the present embodiment, a method for manufacturing a physical quantity sensor 100 that forms a cavity 16 in which the movable body 20 can swing is shown on the support substrate 10. On the other hand, as a method for manufacturing a physical quantity sensor, there is also a method in which a silicon substrate on which a sacrificial layer is formed and a support substrate are joined via the sacrificial layer to form a cavity in the sacrificial layer in which a movable body can swing. In the case of this manufacturing method, after forming the movable body on the silicon substrate, the movable body is formed on the sacrificial layer by etching the sacrificial layer sandwiched between the silicon substrate and the support substrate from the opening of the movable body formed at the same time. It forms a swingable cavity. Therefore, it is necessary to provide openings in the movable body in a matrix without gaps. In other words, it was not possible to make a configuration in which an opening is not provided in the area where the movable body and the protrusion come into contact with each other.

本実施形態の製造方法は、支持基板形成工程にて支持基板10にキャビティ16と突起15を形成した後に、基板接合工程にて支持基板10とシリコン基板20Sとを接合し、最後に可動体20及び開口26を形成する。この製造方法によれば、可動体20と突起15とが接触する領域に開口26を設けない構成にすることができる。これにより、可動体20と突起15とが接触する領域の剛性が向上するので、物理量センサー100に過大な加速度が加わって可動体20と突起15とが接触した場合に、可動体20が損傷することを抑制することができる。また、可動体20には、突起15の外周から外側に向かってD/2の範囲以外の領域に、開口26が設けられるので、可動体20のダンピングが低減され物理量を検出する感度が向上する。 In the manufacturing method of the present embodiment, the cavity 16 and the protrusion 15 are formed in the support substrate 10 in the support substrate forming step, the support substrate 10 and the silicon substrate 20S are joined in the substrate bonding step, and finally the movable body 20 is formed. And the opening 26 is formed. According to this manufacturing method, the opening 26 can be not provided in the region where the movable body 20 and the protrusion 15 come into contact with each other. As a result, the rigidity of the region where the movable body 20 and the protrusion 15 come into contact with each other is improved. Therefore, when the physical quantity sensor 100 is subjected to excessive acceleration and the movable body 20 and the protrusion 15 come into contact with each other, the movable body 20 is damaged. Can be suppressed. Further, since the movable body 20 is provided with the opening 26 in a region other than the range of D / 2 from the outer circumference of the protrusion 15 to the outside, the damping of the movable body 20 is reduced and the sensitivity for detecting the physical quantity is improved. ..

以上述べたように、本実施形態に係る物理量センサー100によれば、以下の効果を得ることができる。
物理量センサー100は、支持基板10上から可動体20側に突出する突起15を有している。また、可動体20には、平板面28を貫通する複数の開口26が設けられている。突起15は、支持基板10を平板面28に対して垂直方向に見たときにおいて、支持基板10の可動体20と間隔を隔てて重なっている領域に設けられている。開口26は、支持基板10を平板面28に対して垂直方向に見たときにおいて、突起15の最大外形寸法をDとした時、突起15の中心から2Dの範囲を除く領域に設けられている。換言すると、開口26は、突起15の中心から2Dの範囲、すなわち突起15と接触する位置には設けられていない。これにより、当該領域の剛性が向上するので、可動体20と突起15とが接触した場合に、可動体20が損傷することを抑制することができる。また、可動体20の受けるダンピングは、突起15の中心から2Dを除く範囲に設けられた複数の開口26によって低減されるので、物理量センサー100の検出感度が向上する。したがって、信頼性と検出感度とを向上させた物理量センサー100を提供することができる。
As described above, according to the physical quantity sensor 100 according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The physical quantity sensor 100 has a protrusion 15 protruding from the support substrate 10 toward the movable body 20. Further, the movable body 20 is provided with a plurality of openings 26 penetrating the flat plate surface 28. The protrusions 15 are provided in a region where the support substrate 10 is spaced apart from the movable body 20 of the support substrate 10 when viewed in the direction perpendicular to the flat plate surface 28. The opening 26 is provided in a region excluding the range 2D from the center of the protrusion 15 when the support substrate 10 is viewed in the direction perpendicular to the flat plate surface 28 and the maximum external dimension of the protrusion 15 is D. .. In other words, the opening 26 is not provided in the range 2D from the center of the protrusion 15, that is, at the position where it comes into contact with the protrusion 15. As a result, the rigidity of the region is improved, so that it is possible to prevent the movable body 20 from being damaged when the movable body 20 and the protrusion 15 come into contact with each other. Further, the damping received by the movable body 20 is reduced by the plurality of openings 26 provided in a range excluding 2D from the center of the protrusion 15, so that the detection sensitivity of the physical quantity sensor 100 is improved. Therefore, it is possible to provide the physical quantity sensor 100 with improved reliability and detection sensitivity.

また、支持基板10から可動体20側に突出する突起15は、複数設けられているので、可動体20が突起15と接触した際に受ける衝撃を分散することができる。 Further, since a plurality of protrusions 15 projecting from the support substrate 10 toward the movable body 20 are provided, the impact received when the movable body 20 comes into contact with the protrusions 15 can be dispersed.

物理量センサー100の製造方法は、支持基板10及び突起15を形成する支持基板形成工程、支持基板10とシリコン基板20Sとを接合する基板接合工程、シリコン基板20Sから開口26を有する可動体20を形成する可動体形成工程を含んでいる。本製造方法は、支持基板形成工程にて支持基板10にキャビティ16と突起15を形成した後に、基板接合工程にて支持基板10とシリコン基板20Sとを接合し、最後に可動体20及び開口26を形成する。この製造方法によれば、可動体20と突起15とが接触する領域(突起15の中心から2Dの領域)に開口26を設けない構成にすることができる。これにより、当該領域の剛性が向上するので、可動体20と突起15とが接触した場合に、可動体20が損傷することを抑制することができる。また、可動体20の受けるダンピングは、突起15の中心から2Dの範囲を除く領域に設けられた複数の開口26によって低減されるので、物理量センサー100の検出感度が向上する。したがって、信頼性と検出感度とを向上させる物理量センサー100の製造方法を提供することができる。 The manufacturing method of the physical quantity sensor 100 includes a support substrate forming step of forming the support substrate 10 and the protrusion 15, a substrate bonding step of joining the support substrate 10 and the silicon substrate 20S, and forming a movable body 20 having an opening 26 from the silicon substrate 20S. Includes a movable body forming step. In this manufacturing method, after forming the cavity 16 and the protrusion 15 in the support substrate 10 in the support substrate forming step, the support substrate 10 and the silicon substrate 20S are joined in the substrate bonding step, and finally the movable body 20 and the opening 26 are joined. To form. According to this manufacturing method, the opening 26 can be not provided in the region where the movable body 20 and the protrusion 15 come into contact with each other (the region 2D from the center of the protrusion 15). As a result, the rigidity of the region is improved, so that it is possible to prevent the movable body 20 from being damaged when the movable body 20 and the protrusion 15 come into contact with each other. Further, the damping received by the movable body 20 is reduced by the plurality of openings 26 provided in the region excluding the 2D range from the center of the protrusion 15, so that the detection sensitivity of the physical quantity sensor 100 is improved. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing the physical quantity sensor 100 that improves reliability and detection sensitivity.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be added to the above-described embodiment.

(変形例)
図13は、変形例に係る物理量センサーを模式的に示す平面図である。図14は、図13におけるB−B線での断面図である。以下、変形例1に係る物理量センサー200について説明する。なお、実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。本変形例の物理量センサー200は、実施形態で説明した物理量センサー100と突起215の位置が異なっている。
(Modification example)
FIG. 13 is a plan view schematically showing the physical quantity sensor according to the modified example. FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. Hereinafter, the physical quantity sensor 200 according to the first modification will be described. The same reference numerals are used for the same constituent parts as those in the embodiment, and duplicate description will be omitted. In the physical quantity sensor 200 of this modified example, the positions of the protrusions 215 are different from those of the physical quantity sensor 100 described in the embodiment.

図13及び図14に示すように、物理量センサー200は、過大な加速度が加わった際に、可動体20と支持基板10とが接触することを防止するために、可動体20の変位を制限する突起215を支持基板10の主面17に有している。突起215は、回転軸としての梁部25の軸方向(Y軸方向)と交差するX軸方向において、梁部25の中心線CL2と可動体20の端部との距離Raの1/2以内に設けられている。 As shown in FIGS. 13 and 14, the physical quantity sensor 200 limits the displacement of the movable body 20 in order to prevent the movable body 20 and the support substrate 10 from coming into contact with each other when an excessive acceleration is applied. The protrusion 215 is provided on the main surface 17 of the support substrate 10. The protrusion 215 is within 1/2 of the distance Ra between the center line CL2 of the beam portion 25 and the end portion of the movable body 20 in the X-axis direction intersecting the axial direction (Y-axis direction) of the beam portion 25 as the rotation axis. It is provided in.

詳しくは、本変形例では、突起215は、支持基板10上において、第1質量部21と重なる領域、及び第2質量部22と重なる領域に各2個設けられている。第1質量部21と重なる突起215は、中心線CL2から−X軸方向に距離R1離れた位置に設けられている。中心線CL2と突起215との距離R1は、中心線CL2と第1可動体20aの端部との距離Raの1/2よりも短い。第2質量部22と重なる突起215は、中心線CL2から+X軸方向に距離R2離れた位置に設けられている。中心線CL2と突起215との距離R2は、中心線CL2と第2可動体20bの端部との距離Rbの1/2よりも短い。本変形例では、距離R1と距離R2は、同じ距離に設定されている。すなわち、突起215は、中心線CL2に関して線対称に設けられている。 Specifically, in this modification, two protrusions 215 are provided on the support substrate 10 in a region overlapping the first mass portion 21 and a region overlapping the second mass portion 22. The protrusion 215 overlapping the first mass portion 21 is provided at a position separated by a distance R1 in the −X axis direction from the center line CL2. The distance R1 between the center line CL2 and the protrusion 215 is shorter than 1/2 of the distance Ra between the center line CL2 and the end of the first movable body 20a. The protrusion 215 overlapping the second mass portion 22 is provided at a position separated by a distance R2 in the + X axis direction from the center line CL2. The distance R2 between the center line CL2 and the protrusion 215 is shorter than 1/2 of the distance Rb between the center line CL2 and the end of the second movable body 20b. In this modification, the distance R1 and the distance R2 are set to the same distance. That is, the protrusions 215 are provided line-symmetrically with respect to the center line CL2.

可動体20の移動速度は、梁部25の中心(中心線CL2)からの距離が長くなるほど早くなるので、可動体20の受けるダンピングは、可動体の端部に向かう程大きくなる。本変形例の突起215に対応する、開口26の設けられない領域(突起215の中心から2Dの範囲)は、X軸方向においてダンピングの影響が小さい、距離Ra/2以内及び距離Rb/2以内の梁部25側に位置しているので、可動体20の受けるダンピングをさらに低減することができる。 Since the moving speed of the movable body 20 increases as the distance from the center of the beam portion 25 (center line CL2) increases, the damping received by the movable body 20 increases toward the end of the movable body. The region where the opening 26 is not provided (the range of 2D from the center of the protrusion 215) corresponding to the protrusion 215 of this modification is within the distance Ra / 2 and within the distance Rb / 2 where the influence of damping is small in the X-axis direction. Since it is located on the beam portion 25 side of the movable body 20, the damping received by the movable body 20 can be further reduced.

また、突起215は、回転軸としての梁部25の軸方向(Y軸方向)における可動体20を2等分する中心線CL1に対して対称の距離R3の位置に設けられている。これにより、可動体20と突起215とが接触した際に可動体20が捩れることにより、可動体20が破損することを抑制することができる。 Further, the protrusion 215 is provided at a position of a distance R3 symmetrical with respect to the center line CL1 that divides the movable body 20 into two equal parts in the axial direction (Y-axis direction) of the beam portion 25 as the rotation axis. As a result, it is possible to prevent the movable body 20 from being damaged due to the twisting of the movable body 20 when the movable body 20 and the protrusion 215 come into contact with each other.

(複合センサー)
次に、図15を参照して、前述の物理量センサー100,200を備えた複合センサーの構成例について説明する。図15は、複合センサーの概略構成を示す機能ブロック図である。なお、以下では、物理量センサー100を用いた例を示して説明する。
(Composite sensor)
Next, with reference to FIG. 15, a configuration example of the composite sensor including the above-mentioned physical quantity sensors 100 and 200 will be described. FIG. 15 is a functional block diagram showing a schematic configuration of the composite sensor. In the following, an example using the physical quantity sensor 100 will be described.

図15に示すように、複合センサー900は、上述したようなZ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーである物理量センサー100と、X軸方向の加速度を測定するための加速度センサーである物理量センサー101と、Y軸方向の加速度を測定するための加速度センサーである物理量センサー102と、角速度センサー103と、を備えている。角速度センサー103は、必要とする一軸方向の角速度を効率よく且つ高精度に検出することができる。なお、角速度センサー103は、三軸方向の角速度を測定するために、それぞれの軸方向に対応した三つの角速度センサー103を備えることもできる。また、複合センサー900は、例えば、物理量センサー100,101,102や角速度センサー103を駆動する駆動回路や、物理量センサー100,101,102や角速度センサー103からの信号に基づいてX軸、Y軸およびZ軸の各軸方向の加速度や角速度を検出する検出回路(信号処理部45a)や、検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路(出力部46a)等を含むIC40aを備えることができる。 As shown in FIG. 15, the composite sensor 900 includes a physical quantity sensor 100 which is an acceleration sensor for measuring acceleration in the Z-axis direction as described above, and a physical quantity which is an acceleration sensor for measuring acceleration in the X-axis direction. It includes a sensor 101, a physical quantity sensor 102 which is an acceleration sensor for measuring acceleration in the Y-axis direction, and an angular velocity sensor 103. The angular velocity sensor 103 can efficiently and accurately detect the required angular velocity in the uniaxial direction. The angular velocity sensor 103 may also include three angular velocity sensors 103 corresponding to the respective axial directions in order to measure the angular velocity in the three axial directions. Further, the composite sensor 900 includes, for example, an X-axis, a Y-axis, and a drive circuit for driving the physical quantity sensors 100, 101, 102 and the angular velocity sensor 103, and the X-axis, the Y-axis, and the composite sensor 900 based on the signals from the physical quantity sensors 100, 101, 102 and the angular velocity sensor 103. An IC 40a including a detection circuit (signal processing unit 45a) for detecting acceleration and angular velocity in each axis direction of the Z axis, an output circuit (output unit 46a) for converting a signal from the detection circuit into a predetermined signal, and the like. Can be prepared.

物理量センサー100,101,102と、角速度センサー103と、によって容易に複合センサー900を構成することができ、一つのセンサーによって複数の物理量データ、例えば加速度データや角速度データを容易に取得することができる。 The composite sensor 900 can be easily configured by the physical quantity sensors 100, 101, 102 and the angular velocity sensor 103, and a plurality of physical quantity data such as acceleration data and angular velocity data can be easily acquired by one sensor. ..

(慣性計測ユニット)
次に、図16および図17を参照して、慣性計測ユニット(IMU:Inertial Measurement Unit)について説明する。図16は、慣性計測ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。図17は、慣性計測ユニットの慣性センサー素子の配置例を示す斜視図である。なお、以下では、物理量センサー100を用いた例を示して説明する。
(Inertial measurement unit)
Next, an inertial measurement unit (IMU) will be described with reference to FIGS. 16 and 17. FIG. 16 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the inertial measurement unit. FIG. 17 is a perspective view showing an arrangement example of the inertial sensor element of the inertial measurement unit. In the following, an example using the physical quantity sensor 100 will be described.

図16に示すように、慣性計測ユニット3000は、アウターケース301、接合部材310、慣性センサー素子を含むセンサーモジュール325などから構成されている。換言すれば、アウターケース301の内部303に、接合部材310を介在させて、センサーモジュール325を篏合(挿入)した構成となっている。センサーモジュール325は、インナーケース320と、基板315とから構成されている。なお、説明を解り易くするために、部位名をアウターケース、インナーケースとしているが、第1ケース、第2ケースと呼び換えても良い。 As shown in FIG. 16, the inertial measurement unit 3000 is composed of an outer case 301, a joining member 310, a sensor module 325 including an inertial sensor element, and the like. In other words, the sensor module 325 is integrated (inserted) by interposing the joining member 310 in the inner 303 of the outer case 301. The sensor module 325 is composed of an inner case 320 and a substrate 315. In order to make the explanation easier to understand, the part names are the outer case and the inner case, but they may be referred to as the first case and the second case.

アウターケース301は、アルミニウムを箱状に削り出した台座である。材質は、アルミニウムに限定するものではなく、亜鉛やステンレスなど他の金属や、樹脂、または、金属と樹脂の複合材などを用いても良い。アウターケース301の外形は、前述した慣性計測ユニット3000の全体形状と同様に、平面形状が略正方形の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する2ヶ所の頂点近傍に、それぞれ通し孔(馬鹿孔)302が形成されている。なお、通し孔(馬鹿孔)302に限定するものではなく、例えば、ネジによりネジ止めすることが可能な切り欠き(通し孔(馬鹿孔)302の位置するアウターケース301のコーナー部に切り欠きを形成する構造)を形成してネジ止めする構成としてもよいし、あるいは、アウターケース301の側面にフランジ(耳)を形成して、フランジ部分をネジ止めする構成としても良い。 The outer case 301 is a pedestal made by carving out aluminum into a box shape. The material is not limited to aluminum, and other metals such as zinc and stainless steel, resin, or a composite material of metal and resin may be used. The outer shape of the outer case 301 is a rectangular parallelepiped whose plane shape is substantially square, similar to the overall shape of the inertial measurement unit 3000 described above, and through holes (stupid holes) are provided in the vicinity of two vertices located in the diagonal direction of the square. ) 302 is formed. The notch is not limited to the through hole (stupid hole) 302, and for example, a notch that can be screwed with a screw (a notch is provided at the corner of the outer case 301 where the through hole (stupid hole) 302 is located. The structure to be formed) may be formed and screwed, or a flange (ear) may be formed on the side surface of the outer case 301 and the flange portion may be screwed.

アウターケース301は、外形が直方体で蓋のない箱状であり、その内部303(内側)は、底壁305と側壁304とで囲まれた内部空間(容器)となっている。換言すれば、アウターケース301は、底壁305と対向する一面を開口面とする箱状をなしており、その開口面の開口部のほとんどを覆うように(開口部を塞ぐように)センサーモジュール325が収納され、センサーモジュール325が開口部から露出した状態となる(不図示)。ここで、底壁305と対向する開口面とは、アウターケース301の上面307と同一面である。また、アウターケース301の内部303の平面形状は、正方形の二つの頂点部分の角を面取りした六角形であり、面取りされた二つの頂点部分は通し孔(馬鹿孔)302の位置に対応している。また、内部303の断面形状(厚さ方向)において、底壁305には、内部303、即ち内部空間における周縁部に中央部よりも一段高い底壁としての第1接合面306が形成されている。即ち、第1接合面306は、底壁305の一部であり、平面的に底壁305の中央部を囲ってリング状に形成された一段の階段状の部位であり、底壁305よりも開口面(上面307と同一面)からの距離が小さい面である。 The outer case 301 has a rectangular parallelepiped outer shape and is box-shaped without a lid, and its inner 303 (inside) is an internal space (container) surrounded by a bottom wall 305 and a side wall 304. In other words, the outer case 301 has a box shape with one surface facing the bottom wall 305 as an opening surface, and the sensor module so as to cover most of the opening of the opening surface (so as to close the opening). The 325 is housed and the sensor module 325 is exposed from the opening (not shown). Here, the opening surface facing the bottom wall 305 is the same surface as the upper surface 307 of the outer case 301. Further, the planar shape of the inner 303 of the outer case 301 is a hexagon in which the corners of the two apex portions of the square are chamfered, and the two chamfered apex portions correspond to the positions of the through holes (stupid holes) 302. There is. Further, in the cross-sectional shape (thickness direction) of the inner 303, the bottom wall 305 is formed with a first joint surface 306 as the inner 303, that is, a bottom wall one step higher than the central portion at the peripheral edge portion in the internal space. .. That is, the first joint surface 306 is a part of the bottom wall 305, and is a one-step stepped portion formed in a ring shape around the central portion of the bottom wall 305 in a plane, and is more than the bottom wall 305. It is a surface having a small distance from the opening surface (the same surface as the upper surface 307).

なお、アウターケース301の外形が、平面形状が略正方形の直方体で蓋のない箱状である一例について説明したが、これに限らず、アウターケース301の外形の平面形状は、例えば六角形や八角形などの多角形であってもよいし、その多角形の頂点部分の角が面取りされていたり、各辺が曲線である平面形状であったりしてもよい。また、アウターケース301の内部303(内側)の平面形状も、上述した六角形に限らず、正方形などの方形(四角形)や、八角形などの他の多角形状であってもよい。また、アウターケース301の外形と内部303の平面形状とは相似形であってもよいし、相似形でなくてもよい。 Although an example has been described in which the outer shape of the outer case 301 is a polygon having a substantially square plane shape and a box shape without a lid, the outer shape of the outer case 301 is not limited to this, and the outer plane shape of the outer case 301 is, for example, a hexagon or eight. It may be a polygon such as a polygon, the corners of the apex portion of the polygon may be chamfered, or it may be a planar shape in which each side is a curve. Further, the planar shape of the inside 303 (inside) of the outer case 301 is not limited to the hexagon described above, and may be a square (quadrangle) such as a square or another polygon such as an octagon. Further, the outer shape of the outer case 301 and the plane shape of the inner 303 may or may not be similar figures.

インナーケース320は、基板315を支持する部材であり、アウターケース301の内部303に収まる形状となっている。詳しくは、平面的には、正方形の二つの頂点部分の角を面取りした六角形であり、その中に長方形の貫通穴である開口部321と、基板315を支持する側の面に設けられた凹部331とが形成されている。面取りされた二つの頂点部分はアウターケース301の通し孔(馬鹿孔)302の位置に対応している。厚さ方向(Z軸方向)の高さは、アウターケース301の上面307から第1接合面306までの高さよりも、低くなっている。好適例では、インナーケース320もアルミニウムを削り出して形成しているが、アウターケース301と同様に他の材質を用いても良い。 The inner case 320 is a member that supports the substrate 315, and has a shape that fits inside 303 of the outer case 301. Specifically, in terms of plane, it is a hexagon with the corners of the two apex portions of the square chamfered, and an opening 321 which is a rectangular through hole and a surface on the side supporting the substrate 315 are provided in the hexagon. A recess 331 is formed. The two chamfered vertices correspond to the positions of the through holes (stupid holes) 302 of the outer case 301. The height in the thickness direction (Z-axis direction) is lower than the height from the upper surface 307 of the outer case 301 to the first joint surface 306. In a preferred example, the inner case 320 is also formed by carving out aluminum, but other materials may be used as in the outer case 301.

インナーケース320の裏面(アウターケース301側の面)には、基板315を位置決めするための案内ピンや、支持面(いずれも図示せず)が形成されている。基板315は、当該案内ピンや、支持面にセット(位置決め搭載)されてインナーケース320の裏面に接着される。なお、基板315の詳細については後述する。インナーケース320の裏面の周縁部は、リング状の平面からなる第2接合面322となっている。第2接合面322は、平面的にアウターケース301の第1接合面306と略同様な形状であり、インナーケース320をアウターケース301にセットした際には、接合部材310を挟持した状態で二つの面が向い合うことになる。なお、アウターケース301およびインナーケース320の構造については、一実施例であり、この構造に限定されるものではない。 A guide pin for positioning the substrate 315 and a support surface (neither of which is shown) are formed on the back surface of the inner case 320 (the surface on the outer case 301 side). The substrate 315 is set (positioned and mounted) on the guide pin or the support surface and adhered to the back surface of the inner case 320. The details of the substrate 315 will be described later. The peripheral edge of the back surface of the inner case 320 is a second joint surface 322 formed of a ring-shaped flat surface. The second joint surface 322 has substantially the same shape as the first joint surface 306 of the outer case 301 in a plane, and when the inner case 320 is set on the outer case 301, the joint member 310 is sandwiched between the second joint surface 322. The two sides will face each other. The structure of the outer case 301 and the inner case 320 is an embodiment and is not limited to this structure.

図17を参照して、慣性センサーが実装された基板315の構成について説明する。図17に示すように、基板315は、複数のスルーホールが形成された多層基板であり、ガラスエポキシ基板(ガラエポ基板)を用いている。なお、ガラエポ基板に限定するものではなく、複数の慣性センサーや、電子部品、コネクターなどを実装可能なリジット基板であれば良い。例えば、コンポジット基板や、セラミック基板を用いても良い。 The configuration of the substrate 315 on which the inertial sensor is mounted will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 17, the substrate 315 is a multilayer substrate in which a plurality of through holes are formed, and a glass epoxy substrate (Galaepo substrate) is used. The board is not limited to the Gala Epo board, but may be a rigid board on which a plurality of inertial sensors, electronic components, connectors, etc. can be mounted. For example, a composite substrate or a ceramic substrate may be used.

基板315の表面(インナーケース320側の面)には、コネクター316、角速度センサー317z、上述したZ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーである物理量センサー100を含む加速度検出ユニット1などが実装されている。コネクター316は、プラグ型(オス)のコネクターであり、X軸方向に等ピッチで配置された二列の接続端子を備えている。好適には、一列10ピンで二列の合計20ピンの接続端子としているが、端子数は、設計仕様に応じて適宜変更しても良い。 On the surface of the substrate 315 (the surface on the inner case 320 side), an acceleration detection unit 1 including a connector 316, an angular velocity sensor 317z, and a physical quantity sensor 100 which is an acceleration sensor for measuring the acceleration in the Z-axis direction described above is mounted. Has been done. The connector 316 is a plug-type (male) connector, and includes two rows of connection terminals arranged at equal pitches in the X-axis direction. Preferably, the connection terminals are 10 pins in a row and 20 pins in a total of two rows, but the number of terminals may be appropriately changed according to the design specifications.

慣性センサーとしての角速度センサー317zは、Z軸方向における1軸の角速度を検出するジャイロセンサーである。好適例として、水晶を振動子として用い、振動する物体に加わるコリオリの力から角速度を検出する振動ジャイロセンサーを用いている。なお、振動ジャイロセンサーに限定するものではなく、角速度を検出可能なセンサーで有れば良い。例えば、振動子としてセラミックや、シリコンを用いたセンサーを用いても良い。 The angular velocity sensor 317z as an inertial sensor is a gyro sensor that detects the angular velocity of one axis in the Z-axis direction. As a preferred example, a crystal is used as a vibrator, and a vibration gyro sensor that detects the angular velocity from the Coriolis force applied to a vibrating object is used. The sensor is not limited to the vibration gyro sensor, and may be a sensor capable of detecting the angular velocity. For example, a sensor using ceramic or silicon may be used as the vibrator.

また、基板315のX軸方向の側面には、実装面(搭載面)がX軸と直交するように、X軸方向における1軸の角速度を検出する角速度センサー317xが実装されている。同様に、基板315のY軸方向の側面には、実装面(搭載面)がY軸と直交するように、Y軸方向における1軸の角速度を検出する角速度センサー317yが実装されている。 Further, on the side surface of the substrate 315 in the X-axis direction, an angular velocity sensor 317x that detects the angular velocity of one axis in the X-axis direction is mounted so that the mounting surface (mounting surface) is orthogonal to the X-axis. Similarly, an angular velocity sensor 317y for detecting the angular velocity of one axis in the Y-axis direction is mounted on the side surface of the substrate 315 in the Y-axis direction so that the mounting surface (mounting surface) is orthogonal to the Y-axis.

なお、角速度センサー317x,317y,317zは、X軸、Y軸、Z軸の軸ごとの三つの角速度センサーを用いる構成に限定するものではなく、3軸の角速度が検出可能なセンサーであれば良く、例えば、一つのデバイス(パッケージ)で3軸の角速度が検出(検知)可能なセンサーデバイスを用いても良い。 The angular velocity sensors 317x, 317y, and 317z are not limited to the configuration in which three angular velocity sensors are used for each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis axes, and any sensor that can detect the angular velocity of the three axes may be used. For example, a sensor device capable of detecting (detecting) the angular velocities of three axes with one device (package) may be used.

加速度検出ユニット1は、上述したZ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーである物理量センサー100を少なくとも含み、必要に応じて、一軸方向(例えばZ軸方向)の加速度したり、二軸方向(例えばZ軸、Y軸、あるいはX軸、Y軸)や三軸方向(X軸、Y軸、Z軸)の加速度を検出したりすることができる。 The acceleration detection unit 1 includes at least a physical quantity sensor 100 which is an acceleration sensor for measuring the acceleration in the Z-axis direction described above, and accelerates in a uniaxial direction (for example, in the Z axis direction) or in a biaxial direction as necessary. (For example, Z-axis, Y-axis, or X-axis, Y-axis) and triaxial direction (X-axis, Y-axis, Z-axis) acceleration can be detected.

基板315の裏面(アウターケース301側の面)には、制御部としての制御IC319が実装されている。制御IC319は、MCU(Micro Controller Unit)であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、A/Dコンバーターなどを内蔵しており、慣性計測ユニット3000の各部を制御する。記憶部には、加速度、および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。なお、基板315には、その他にも複数の電子部品が実装されている。 A control IC 319 as a control unit is mounted on the back surface of the substrate 315 (the surface on the outer case 301 side). The control IC 319 is an MCU (Micro Controller Unit), and has a built-in storage unit including a non-volatile memory, an A / D converter, and the like, and controls each unit of the inertial measurement unit 3000. The storage unit stores a program that defines the order and contents for detecting acceleration and angular velocity, a program that digitizes detection data and incorporates it into packet data, and accompanying data. In addition, a plurality of other electronic components are mounted on the substrate 315.

このような慣性計測ユニット3000によれば、物理量センサー100を含む加速度検出ユニット1を用いているため、耐衝撃性に優れ、信頼性を向上させた慣性計測ユニット3000を提供することができる。 According to such an inertial measurement unit 3000, since the acceleration detection unit 1 including the physical quantity sensor 100 is used, it is possible to provide the inertial measurement unit 3000 having excellent impact resistance and improved reliability.

(携帯型電子機器)
次に、物理量センサー100,200を用いた携帯型電子機器について、図18および図19に基づき、詳細に説明する。なお、以下では、物理量センサー100を用いた例を示して説明する。以下、携帯型電子機器の一例として、腕時計型の活動計(アクティブトラッカー)を示して説明する。
(Portable electronic device)
Next, the portable electronic device using the physical quantity sensors 100 and 200 will be described in detail with reference to FIGS. 18 and 19. In the following, an example using the physical quantity sensor 100 will be described. Hereinafter, a wristwatch-type activity meter (active tracker) will be described as an example of a portable electronic device.

腕時計型の活動計(アクティブトラッカー)であるリスト機器2000は、図18に示すように、バンド62,67等によってユーザーの手首等の部位(被検体)に装着され、デジタル表示の表示部150を備えるとともに無線通信が可能である。上述した本発明に係る物理量センサー100は、加速度を測定するセンサーや角速度を計測するセンサーの一つとしてリスト機器2000に組込まれている。 As shown in FIG. 18, the wrist device 2000, which is a wristwatch-type activity meter (active tracker), is attached to a part (subject) such as a user's wrist by bands 62, 67, etc., and displays a digital display unit 150. It is possible to prepare and wirelessly communicate. The physical quantity sensor 100 according to the present invention described above is incorporated in the wrist device 2000 as one of a sensor for measuring acceleration and a sensor for measuring angular velocity.

リスト機器2000は、少なくとも物理量センサー100が収容されているケース60と、ケース60に収容され、物理量センサー100からの出力データを処理する処理部190(図19参照)と、ケース60に収容されている表示部150と、ケース60の開口部を塞いでいる透光性カバー71と、を備えている。ケース60の透光性カバー71のケース60の外側には、ベゼル78が設けられている。ケース60の側面には、複数の操作ボタン80,81が設けられている。以下、図19も併せて参照しながら、さらに詳細に説明する。 The wrist device 2000 is housed in a case 60 in which at least the physical quantity sensor 100 is housed, a processing unit 190 (see FIG. 19) housed in the case 60 and processing output data from the physical quantity sensor 100, and a case 60. The display unit 150 and the translucent cover 71 that closes the opening of the case 60 are provided. A bezel 78 is provided on the outside of the case 60 of the translucent cover 71 of the case 60. A plurality of operation buttons 80 and 81 are provided on the side surface of the case 60. Hereinafter, a more detailed description will be given with reference to FIG.

物理量センサー100を含む加速度センサー113は、互いに交差する(理想的には直交する)3軸方向の各々の加速度を検出し、検出した3軸加速度の大きさ、および向きに応じた信号(加速度信号)を出力する。また、角速度センサー114は、互いに交差する(理想的には直交する)3軸方向の各々の角速度を検出し、検出した3軸角速度の大きさ及び向きに応じた信号(角速度信号)を出力する。 The acceleration sensor 113 including the physical quantity sensor 100 detects each acceleration in the three-axis directions intersecting (ideally orthogonal to each other), and signals according to the magnitude and direction of the detected three-axis acceleration (acceleration signal). ) Is output. Further, the angular velocity sensor 114 detects each angular velocity in the triaxial directions intersecting (ideally orthogonal to each other), and outputs a signal (angular velocity signal) according to the magnitude and direction of the detected triaxial angular velocity. ..

表示部150を構成する液晶ディスプレイ(LCD)では、種々の検出モードに応じて、例えば、GPSセンサー110や地磁気センサー111を用いた位置情報、移動量や物理量センサー100に含まれる加速度センサー113や角速度センサー114などを用いた運動量などの運動情報、脈拍センサー115などを用いた脈拍数などの生体情報、もしくは現在時刻などの時刻情報などが表示される。なお、温度センサー116を用いた環境温度を表示することもできる。 In the liquid crystal display (LCD) constituting the display unit 150, for example, the position information using the GPS sensor 110 or the geomagnetic sensor 111, the acceleration sensor 113 included in the movement amount or physical quantity sensor 100, or the angular velocity is used according to various detection modes. Exercise information such as the amount of exercise using the sensor 114 or the like, biological information such as the pulse rate using the pulse sensor 115 or the like, or time information such as the current time is displayed. It is also possible to display the environmental temperature using the temperature sensor 116.

通信部170は、ユーザー端末と図示しない情報端末との間の通信を成立させるための各種制御を行う。通信部170は、例えば、Bluetooth(登録商標)(BTLE:Bluetooth Low Energyを含む)、Wi−Fi(登録商標)(Wireless Fidelity)、Zigbee(登録商標)、NFC(Near field communication)、ANT+(登録商標)等の近距離無線通信規格に対応した送受信機や通信部170はUSB(Universal Serial Bus)等の通信バス規格に対応したコネクターを含んで構成される。 The communication unit 170 performs various controls for establishing communication between the user terminal and an information terminal (not shown). The communication unit 170 is, for example, Bluetooth (registered trademark) (BTLE: including Bluetooth Low Energy), Wi-Fi (registered trademark) (Wireless Fidelity), Zigbee (registered trademark), NFC (Near field communication), ANT + (registered). A transmitter / receiver and a communication unit 170 corresponding to a short-range wireless communication standard such as a trademark) are configured to include a connector corresponding to a communication bus standard such as USB (Universal Serial Bus).

処理部190(プロセッサー)は、例えば、MPU(Micro Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等により構成される。処理部190は、記憶部140に格納されたプログラムと、操作部120(例えば操作ボタン80,81)から入力された信号とに基づき、各種の処理を実行する。処理部190による処理には、GPSセンサー110、地磁気センサー111、圧力センサー112、加速度センサー113、角速度センサー114、脈拍センサー115、温度センサー116、計時部130の各出力信号に対するデータ処理、表示部150に画像を表示させる表示処理、音出力部160に音を出力させる音出力処理、通信部170を介して情報端末(不図示)と通信を行う通信処理、バッテリー180からの電力を各部へ供給する電力制御処理などが含まれる。 The processing unit 190 (processor) is composed of, for example, an MPU (Micro Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like. The processing unit 190 executes various processes based on the program stored in the storage unit 140 and the signals input from the operation units 120 (for example, the operation buttons 80 and 81). The processing by the processing unit 190 includes data processing for each output signal of the GPS sensor 110, the geomagnetic sensor 111, the pressure sensor 112, the acceleration sensor 113, the angular velocity sensor 114, the pulse sensor 115, the temperature sensor 116, and the timing unit 130, and the display unit 150. Display processing that displays an image on the sensor, sound output processing that outputs sound to the sound output unit 160, communication processing that communicates with an information terminal (not shown) via the communication unit 170, and power from the battery 180 is supplied to each unit. Includes power control processing and the like.

このようなリスト機器2000では、少なくとも以下のような機能を有することができる。
1.距離:高精度のGPS機能により計測開始からの合計距離を計測する。
2.ペース:ペース距離計測から、現在の走行ペースを表示する。
3.平均スピード:平均スピード走行開始から現在までの平均スピードを算出し表示する。
4.標高:GPS機能により、標高を計測し表示する。
5.ストライド:GPS電波が届かないトンネル内などでも歩幅を計測し表示する。
6.ピッチ:1分あたりの歩数を計測し表示する。
7.心拍数:脈拍センサーにより心拍数を計測し表示する。
8.勾配:山間部でのトレーニングやトレイルランにおいて、地面の勾配を計測し表示する。
9.オートラップ:事前に設定した一定距離や一定時間を走った時に、自動でラップ計測を行う。
10.運動消費カロリー:消費カロリーを表示する。
11.歩数:運動開始からの歩数の合計を表示する。
Such a wrist device 2000 can have at least the following functions.
1. 1. Distance: The total distance from the start of measurement is measured by the high-precision GPS function.
2. Pace: Displays the current running pace from the pace distance measurement.
3. 3. Average speed: Average speed Calculates and displays the average speed from the start of running to the present.
4. Elevation: The GPS function measures and displays the altitude.
5. Stride: Measures and displays stride length even in tunnels where GPS radio waves do not reach.
6. Pitch: Measures and displays the number of steps per minute.
7. Heart rate: The heart rate is measured and displayed by the pulse sensor.
8. Gradient: Measures and displays the slope of the ground during training and trail running in the mountains.
9. Auto lap: Automatically measures laps when running a preset distance or time.
10. Exercise calories burned: Shows calories burned.
11. Steps: Displays the total number of steps since the start of exercise.

なお、リスト機器2000は、ランニングウォッチ、ランナーズウォッチ、デュアスロンやトライアスロン等マルチスポーツ対応のランナーズウォッチ、アウトドアウォッチ、および衛星測位システム、例えばGPSを搭載したGPSウォッチ、等に広く適用できる。 The wrist device 2000 can be widely applied to a running watch, a runner's watch, a runner's watch compatible with multi-sports such as duathlon and triathlon, an outdoor watch, and a satellite positioning system, for example, a GPS watch equipped with GPS.

また、上述では、衛星測位システムとしてGPS(Global Positioning System)を用いて説明したが、他の全地球航法衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)を利用してもよい。例えば、EGNOS(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)、QZSS(Quasi Zenith Satellite System)、GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)、GALILEO、BeiDou(BeiDou Navigation Satellite System)、等の衛星測位システムのうち1又は2以上を利用してもよい。また、衛星測位システムの少なくとも1つにWAAS(Wide Area Augmentation System)、EGNOS(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)等の静止衛星型衛星航法補強システム(SBAS:Satellite-based Augmentation System)を利用してもよい。 Further, in the above description, GPS (Global Positioning System) has been used as the satellite positioning system, but another Global Navigation Satellite System (GNSS) may be used. For example, one or more of satellite positioning systems such as EGNOS (European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service), QZSS (Quasi Zenith Satellite System), GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System), GALILEO, BeiDou (BeiDou Navigation Satellite System), etc. May be used. In addition, at least one of the satellite positioning systems uses a geostationary satellite navigation reinforcement system (SBAS: Satellite-based Augmentation System) such as WAAS (Wide Area Augmentation System) and EGNOS (European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service). May be good.

このような携帯型電子機器(リスト機器2000)は、物理量センサー100、および処理部190を備えているので、耐衝撃性などの優れた信頼性を有している。 Since such a portable electronic device (wrist device 2000) includes a physical quantity sensor 100 and a processing unit 190, it has excellent reliability such as impact resistance.

(電子機器)
次に、本発明の実施形態に係る物理量センサー100,200を備えた電子機器について図20から図22を参照して説明する。なお、以下では、物理量センサー100を用いた例を示して説明する。
(Electronics)
Next, the electronic device provided with the physical quantity sensors 100 and 200 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 20 to 22. In the following, an example using the physical quantity sensor 100 will be described.

図20は、本発明の実施形態に係る物理量センサーを備える電子機器としてのモバイル型(又はノート型)のパーソナルコンピューターの概略構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1000を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して揺動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、加速度センサーなどとして機能する物理量センサー100が内蔵されており、物理量センサー100からの検出信号に基づいて制御部(不図示)が、例えば姿勢制御などの制御を行なうことができる。 FIG. 20 is a perspective view showing a schematic configuration of a mobile (or notebook) personal computer as an electronic device including a physical quantity sensor according to an embodiment of the present invention. In this figure, the personal computer 1100 is composed of a main body 1104 having a keyboard 1102 and a display unit 1106 having a display 1000, and the display unit 1106 swings with respect to the main body 1104 via a hinge structure. It is movably supported. Such a personal computer 1100 has a built-in physical quantity sensor 100 that functions as an acceleration sensor or the like, and a control unit (not shown) controls, for example, attitude control based on a detection signal from the physical quantity sensor 100. be able to.

図21は、本発明の実施形態に係る物理量センサーを備える電子機器としての携帯電話機(PHSも含む)の概略構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204及び送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部1000が配置されている。このような携帯電話機1200には、加速度センサーなどとして機能する物理量センサー100が内蔵されており、この物理量センサー100からの検出信号に基づいて制御部(不図示)が、例えば携帯電話機1200の姿勢や、挙動を認識して、表示部1000に表示されている表示画像を変化させたり、警告音や、効果音を鳴らしたり、振動モーターを駆動して本体を振動させることができる。 FIG. 21 is a perspective view showing a schematic configuration of a mobile phone (including PHS) as an electronic device including a physical quantity sensor according to an embodiment of the present invention. In this figure, the mobile phone 1200 includes a plurality of operation buttons 1202, an earpiece 1204, and a mouthpiece 1206, and a display unit 1000 is arranged between the operation button 1202 and the earpiece 1204. Such a mobile phone 1200 has a built-in physical quantity sensor 100 that functions as an acceleration sensor or the like, and a control unit (not shown) can be, for example, the posture of the mobile phone 1200 or the like based on a detection signal from the physical quantity sensor 100. By recognizing the behavior, the display image displayed on the display unit 1000 can be changed, a warning sound or a sound effect can be sounded, or a vibration motor can be driven to vibrate the main body.

図22は、本発明の実施形態に係る物理量センサーを備える電子機器としてのデジタルスチルカメラの概略構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、従来のフィルムカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
デジタルスチルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1000が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部1000は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCD等を含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部1000に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このデジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなデジタルスチルカメラ1300には、加速度センサーなどとして機能する物理量センサー100が内蔵されており、物理量センサー100からの検出信号に基づいて制御部(不図示)が、例えば手振れ補正などの制御を行なうことができる。
FIG. 22 is a perspective view showing a schematic configuration of a digital still camera as an electronic device including a physical quantity sensor according to an embodiment of the present invention. Note that this figure also briefly shows the connection with an external device. Here, while the conventional film camera sensitizes the silver halide photographic film by the light image of the subject, the digital still camera 1300 photoelectrically converts the light image of the subject by an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device). To generate an image pickup signal (image signal).
A display unit 1000 is provided on the back surface of the case (body) 1302 of the digital still camera 1300, and is configured to display based on an image pickup signal by a CCD. The display unit 1000 displays a subject as an electronic image. Functions as a finder. Further, on the front side (back side in the drawing) of the case 1302, a light receiving unit 1304 including an optical lens (imaging optical system), a CCD, and the like is provided.
When the photographer confirms the subject image displayed on the display unit 1000 and presses the shutter button 1306, the image pickup signal of the CCD at that time is transferred and stored in the memory 1308. Further, in the digital still camera 1300, a video signal output terminal 1312 and an input / output terminal 1314 for data communication are provided on the side surface of the case 1302. Then, as shown in the figure, a television monitor 1430 is connected to the video signal output terminal 1312, and a personal computer 1440 is connected to the input / output terminal 1314 for data communication, respectively, as needed. Further, the imaging signal stored in the memory 1308 is output to the television monitor 1430 and the personal computer 1440 by a predetermined operation. Such a digital still camera 1300 has a built-in physical quantity sensor 100 that functions as an acceleration sensor or the like, and a control unit (not shown) controls control such as camera shake correction based on a detection signal from the physical quantity sensor 100. Can be done.

以上のような電子機器1100,1200,1300は、信頼性と検出感度とを向上することが可能な物理量センサー100を含んでいる。これにより、電子機器1100,1200,1300は、高い信頼性と検出感度とを有することができる。 The electronic devices 1100, 1200, and 1300 as described above include a physical quantity sensor 100 capable of improving reliability and detection sensitivity. As a result, the electronic devices 1100, 1200, 1300 can have high reliability and detection sensitivity.

なお、本発明の実施形態に係る物理量センサー100は、図20のパーソナルコンピューター1100(モバイル型パーソナルコンピューター)、図21の携帯電話機1200、図22のデジタルスチルカメラ1300の他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。 The physical quantity sensor 100 according to the embodiment of the present invention includes, for example, an inkjet type, in addition to the personal computer 1100 (mobile personal computer) of FIG. 20, the mobile phone 1200 of FIG. 21, and the digital still camera 1300 of FIG. Discharge device (for example, inkjet printer), laptop personal computer, TV, video camera, VCR, car navigation device, pager, electronic notebook (including communication function), electronic dictionary, calculator, electronic game equipment, word processor, Workstations, VCRs, security TV monitors, electronic binoculars, POS terminals, medical equipment (eg electronic thermometers, blood pressure monitors, blood glucose meters, electrocardiogram measuring devices, ultrasonic diagnostic devices, electronic endoscopes), fish finder, various types It can be applied to electronic devices such as measuring devices, instruments (for example, instruments for vehicles, aircraft, and ships), flight simulators, and the like.

(移動体)
次に、本発明の実施形態に係る物理量センサー100,200を備えた移動体について図23を参照して説明する。なお、以下では、物理量センサー100を用いた例を示して説明する。
図23は、本発明の実施形態に係る物理量センサーを備える移動体としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車1500には実施形態に係る物理量センサー100が搭載されている。例えば、図23に示すように、移動体としての自動車1500には、物理量センサー100を内蔵してタイヤなどを制御する制御部としての電子制御ユニット1510が車体に搭載されている。また、物理量センサー100は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)に広く適用できる。
(Mobile)
Next, a moving body including the physical quantity sensors 100 and 200 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 23. In the following, an example using the physical quantity sensor 100 will be described.
FIG. 23 is a perspective view schematically showing an automobile as a moving body including a physical quantity sensor according to an embodiment of the present invention. The physical quantity sensor 100 according to the embodiment is mounted on the automobile 1500. For example, as shown in FIG. 23, in the automobile 1500 as a moving body, an electronic control unit 1510 as a control unit for controlling tires and the like with a built-in physical quantity sensor 100 is mounted on the vehicle body. In addition, the physical quantity sensor 100 also includes a keyless entry, an immobilizer, a car navigation system, a car air conditioner, an anti-lock braking system (ABS), an airbag, a tire pressure monitoring system (TPMS), and an engine. It can be widely applied to electronic control units (ECUs: Electronic Control Units) such as controls, battery monitors for hybrid vehicles and electric vehicles, and vehicle body attitude control systems.

10…支持基板、11…第1固定電極、12…第2固定電極、14…支柱、15,215…突起、16…キャビティ、17…主面、20…可動体、20S…シリコン基板、20a…第1可動体、20b…第2可動体、21…第1質量部、22…第2質量部、23…第3質量部、24…支持部、25…梁部、26…開口、27…枠部、28…平板面、30…蓋体、100,200…物理量センサー、900…複合センサー、1100…パーソナルコンピューター、1200…携帯電話機、1300…デジタルスチルカメラ、1500…自動車、2000…携帯型電子機器としてのリスト機器、3000…慣性計測ユニット。 10 ... Support substrate, 11 ... First fixed electrode, 12 ... Second fixed electrode, 14 ... Support, 15,215 ... Projection, 16 ... Cavity, 17 ... Main surface, 20 ... Movable body, 20S ... Silicon substrate, 20a ... 1st movable body, 20b ... 2nd movable body, 21 ... 1st mass part, 22 ... 2nd mass part, 23 ... 3rd mass part, 24 ... support part, 25 ... beam part, 26 ... opening, 27 ... frame Part, 28 ... Flat plate surface, 30 ... Lid, 100, 200 ... Physical quantity sensor, 900 ... Composite sensor, 1100 ... Personal computer, 1200 ... Mobile phone, 1300 ... Digital still camera, 1500 ... Automobile, 2000 ... Portable electronic device As a wrist device, 3000 ... inertial measurement unit.

Claims (11)

平板状であり、当該平板状の平板面を貫通する方向に複数の開口を有し、回転軸を中心
に揺動可能な可動体と、
前記可動体の前記平板面と間隙を隔てて支持するために、前記平板面の一部と支柱で連
結されてなる支持基板と、
前記支持基板を前記平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、前記支持基板の前記
可動体と間隙を隔てて重なっている領域に、前記可動体側に突出して設けられる突起と、
を含み、
前記支持基板を前記平板面に対して垂直方向に見たときにおいて、前記突起の最大外形
寸法をDとした時、前記開口は、前記突起の外周から外側に向かってD/2の範囲を除く
領域に設けられていることで、前記可動体は前記開口が設けられていない領域を有し、
前記突起が前記回転軸に関して線対称に設けられていることで、前記開口が設けられて
いない領域は前記回転軸に関して線対称に設けれてなることを特徴とする物理量センサー
A movable body that is flat, has a plurality of openings in a direction penetrating the flat flat surface, and can swing around a rotation axis.
A support substrate formed by connecting a part of the flat plate surface with a support column in order to support the movable body with a gap from the flat plate surface.
When the support substrate is viewed in a direction perpendicular to the flat plate surface, a protrusion provided so as to project toward the movable body in a region of the support substrate that overlaps the movable body with a gap.
Including
When the support substrate is viewed in the direction perpendicular to the flat plate surface, when the maximum external dimension of the protrusion is D, the opening excludes the range of D / 2 from the outer circumference of the protrusion to the outside. By being provided in the region, the movable body has a region in which the opening is not provided.
Since the protrusions are provided line-symmetrically with respect to the rotation axis, the opening is provided.
A physical quantity sensor characterized in that the non-region is provided line-symmetrically with respect to the rotation axis.
前記突起は、複数設けられていることを特徴とする請求項1に記載の物理量センサー。 The physical quantity sensor according to claim 1, wherein a plurality of the protrusions are provided. 前記突起は、前記回転軸の軸方向における前記可動体を2等分する中心線に対して対称
に設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の物理量センサー。
The physical quantity sensor according to claim 1 or 2, wherein the protrusions are provided symmetrically with respect to a center line that divides the movable body into two equal parts in the axial direction of the rotation axis.
前記突起は、前記回転軸の軸方向と交差する方向において、前記回転軸と前記可動体の
端部との間隔の1/2以内に設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3のい
ずれか一項に記載の物理量センサー。
Claims 1 to claim that the protrusion is provided within 1/2 of the distance between the rotating shaft and the end of the movable body in a direction intersecting the axial direction of the rotating shaft. The physical quantity sensor according to any one of 3.
回転軸を中心に揺動可能な可動体と、
前記可動体を貫通する方向に設けられた複数の開口と、
前記可動体の一部と支柱で連結されてなる支持基板と、
前記支持基板の前記可動体と間隙を隔てて重なっている領域に、前記可動体側に突出し
て設けられる突起と、
を含み、
前記突起の最大外形寸法をDとした時、前記突起の外周から外側に向かってD/2の範
囲を除く領域に前記複数の開口が設けられていることで、前記可動体は前記開口が設けら
れていない領域を有し、
前記突起が前記回転軸に関して線対称に設けられていることで、前記開口が設けられて
いない領域は前記回転軸に関して線対称に設けれてなることを特徴とする物理量センサー
A movable body that can swing around the axis of rotation,
A plurality of openings provided in a direction penetrating the movable body, and
A support substrate connected to a part of the movable body by a support column,
A protrusion provided on the support substrate so as to project toward the movable body in a region overlapping the movable body with a gap.
Including
When the maximum external dimension of the protrusion is D, the movable body is provided with the opening because the plurality of openings are provided in a region excluding the range of D / 2 from the outer circumference of the protrusion to the outside. and others
Has an area that is not
Since the protrusions are provided line-symmetrically with respect to the rotation axis, the opening is provided.
A physical quantity sensor characterized in that the non-region is provided line-symmetrically with respect to the rotation axis.
平板状であり、当該平板状の平板面を貫通する方向に複数の開口を有し、回転軸を中心
に揺動可能な可動体と、前記可動体の前記平板面と間隙を隔てて支持するために、前記平
板面の一部と支柱で連結されてなる支持基板と、前記支持基板を前記平板面に対して垂直
方向に見たときにおいて、前記支持基板の前記可動体と間隙を隔てて重なっている領域に
、前記可動体側に突出して設けられる突起と、を含み、前記支持基板を前記平板面に対し
て垂直方向に見たときにおいて、前記突起の最大外形寸法をDとした時、前記開口は、前
記突起の外周から外側に向かってD/2の範囲を除く領域に設けられていることで、前記
可動体は前記開口が設けられていない領域を有し、前記突起が前記回転軸に関して線対称
に設けられていることで、前記開口が設けられていない領域は前記回転軸に関して線対称
に設けれてなる物理量センサーの製造方法であって、
前記支持基板及び前記突起を形成する支持基板形成工程、
前記支持基板とシリコン基板とを接合する基板接合工程、
前記シリコン基板から前記開口を有する前記可動体を形成する可動体形成工程、
を含むことを特徴とする物理量センサーの製造方法。
A movable body that is flat, has a plurality of openings in a direction penetrating the flat plate surface, and can swing around a rotation axis, and supports the movable body with a gap from the flat surface. Therefore, when the support substrate is connected to a part of the flat plate surface by a support column and the support substrate is viewed in the direction perpendicular to the flat plate surface, the support substrate is separated from the movable body of the support substrate. When the overlapping region includes a protrusion provided so as to project toward the movable body side, and the maximum external dimension of the protrusion is D when the support substrate is viewed in the direction perpendicular to the flat plate surface, the opening, said from the outer periphery of the protrusion toward the outside by being provided in a region except for the range of D / 2, wherein
The movable body has a region where the opening is not provided, and the protrusion is line-symmetrical with respect to the rotation axis.
The region where the opening is not provided is line-symmetrical with respect to the rotation axis.
It is a manufacturing method of the physical quantity sensor provided in
A support substrate forming step for forming the support substrate and the protrusions,
Wafer bonding step of joining the support substrate and the silicon substrate,
A movable body forming step of forming the movable body having the opening from the silicon substrate,
A method for manufacturing a physical quantity sensor, which comprises.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
角速度センサーと、
を備えることを特徴とする複合センサー。
The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 5.
Angular velocity sensor and
A composite sensor characterized by being equipped with.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
角速度センサーと、
前記物理量センサーおよび前記角速度センサーを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする慣性計測ユニット。
The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 5.
Angular velocity sensor and
A control unit that controls the physical quantity sensor and the angular velocity sensor,
Inertial measurement unit characterized by being equipped with.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーが収容されているケースと、
前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、
前記ケースに収容されている表示部と、
前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、
を備えることを特徴とする携帯型電子機器。
The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 5.
The case where the physical quantity sensor is housed and
A processing unit housed in the case and processing output data from the physical quantity sensor,
The display unit housed in the case and
A translucent cover that closes the opening of the case,
A portable electronic device characterized by being equipped with.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、
を備えていることを特徴とする電子機器。
The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 5.
A control unit that controls based on the detection signal output from the physical quantity sensor,
An electronic device characterized by being equipped with.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、
を備えていることを特徴とする移動体。
The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 5.
A control unit that controls based on the detection signal output from the physical quantity sensor,
A mobile body characterized by being equipped with.
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